JP6073680B2 - Submillimeter wave radar using phase information - Google Patents

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Description

本発明は、サブミリ波レーダーシステムのための信号処理装置(シグナルプロセッサ)、このレーダーシステム、このシステムを有する例えば路上走行車のようなロボットまたは車両、および対応する方法およびコンピュータプログラムに関する。   The present invention relates to a signal processing device (signal processor) for a submillimeter wave radar system, this radar system, a robot or vehicle such as a road vehicle having this system, and a corresponding method and computer program.

サブミリ波レーダーにおける異なるオブジェクト間の識別は、現在、もっぱらレーダー断面、即ち、あるオブジェクトの基準単位正方形によって反射された波のエネルギー割合の測定に頼っている。例えば、表面粗さと吸収特性との関係に基づいて、オブジェクトの全ての点は類似のレーダー断面値を示す。類似の測定値をグループ化することによって等高線が形成され、これは、オブジェクトをバックグラウンドから分離するための識別ツールを提供する。室外応用のためのサブミリ波レーダーは、複雑なバックグラウンドの前方または複雑な前景の後方にある、複雑なオブジェクトに直面している。典型的な従来のマイクロ波レーダー応用(例えば、地面−飛行機、飛行機−飛行機レーダー)では、そのバックグラウンドが空であり、これは実質的に拡散且つ低損失吸収体であるため、このタイプの問題に遭遇することは無い。唯一の測定された“シャープ”なレーダー断面は、オブジェクトとしての飛行機によって作られる。さらに、唯一の測定可能なドップラーシフト信号は、別の飛行機によってもたらされ、且つ、レーダービームが地面に当たった場所の角度に由来する。地面からの反射信号中、低空飛行の飛行機のみが検出されないで残る。   Discrimination between different objects in submillimeter radar currently relies exclusively on the measurement of the radar cross section, ie the energy fraction of the waves reflected by a reference unit square of an object. For example, based on the relationship between surface roughness and absorption characteristics, all points of the object exhibit similar radar cross-section values. Contour lines are formed by grouping similar measurements, which provides an identification tool for separating objects from the background. Submillimeter wave radar for outdoor applications faces complex objects in front of a complex background or behind a complex foreground. In typical conventional microwave radar applications (eg, ground-plane, plane-plane radar), this type of problem is because the background is empty, which is a substantially diffuse and low loss absorber. You will never encounter it. The only measured “sharp” radar cross section is created by the airplane as an object. Furthermore, the only measurable Doppler shift signal is derived from the angle at which the radar beam hits the ground and is provided by another airplane. Only low-flying airplanes remain undetected in the reflected signal from the ground.

複雑な環境の元でターゲットの分類と認定を要求する、映像化応用に対して、マイクロ波レーダーは一般に適していない。少なくとも中程度に複雑な環境下での測定を可能とするために、幾つかの技術が提案され、実証されている。その一例は、海軍のマイクロ波レーダーを使用した氷山の検出である。ここで、氷山の小さな反射(水面上では小さな部分のみが見出される)は、波によって生成されたより大きな反射から識別される必要がある。飛行時間フィルタリングを使用して、例えば周波数変調連続波(FMCW)レーダーまたはチャープパルスレーダーを用いて、レーダーからターゲットまでの距離を決定することができる。さらに、信号持続性の空間周波数コンテンツを分析する必要がある(氷山は、埋め込み波よりもより遥かにゆっくり移動する)。殆どの検出エリアが水平ラインより下の小さなバンドに見出され、それによって処理すべきデータ量が大きく減るので、海軍レーダーは(環境の構造によって)事実上1次元である。   Microwave radars are generally not suitable for imaging applications that require target classification and certification in a complex environment. Several techniques have been proposed and demonstrated to enable measurements in at least moderately complex environments. One example is iceberg detection using naval microwave radar. Here, the small reflections of the iceberg (only a small part is found on the water surface) need to be distinguished from the larger reflections generated by the waves. Time-of-flight filtering can be used to determine the distance from the radar to the target, for example using frequency modulated continuous wave (FMCW) radar or chirped pulse radar. In addition, signal-sustained spatial frequency content needs to be analyzed (icebergs move much more slowly than embedded waves). Naval radar is effectively one-dimensional (depending on the structure of the environment) because most of the detection area is found in a small band below the horizontal line, thereby greatly reducing the amount of data to be processed.

路上走行車、例えば乗用車のより低い周波数でのレーダー(例えば、車両対インフラは63GHz、車両対車両は66GHz、クルーズコントロールは77GHz、衝突防止は79GHz)は、パルスレーダー構造、または、上記FMCW技術の何れかを使用して、種々の距離にあるオブジェクトを識別する。これらのレーダーは、形状からオブジェクトの識別が可能な、充分な解像度を持った映像を生成しない。これらのレーダーシステムは、かなりの水平解像度を提供するが、しかし通常、垂直解像度は非常に限られている。   Road-running vehicles, such as passenger-car radars at lower frequencies (eg, vehicle-to-infrastructure 63 GHz, vehicle-to-vehicle 66 GHz, cruise control 77 GHz, collision prevention 79 GHz) are pulse radar structures or the above FMCW technology Either is used to identify objects at various distances. These radars do not generate images with sufficient resolution that can identify objects from their shapes. These radar systems provide significant horizontal resolution, but usually the vertical resolution is very limited.

垂直および水平の両方向に高い解像度を提供する、赤外カメラがある。このようなカメラは、ピクセル受信器によって吸収された全体のパワー(コヒーレントでない)に敏感であり、レーダーシステムの場合、距離情報を得ることはできない。さらに、自動車用の殆どのIRカメラシステムは、パッシブである。信号を送出せず、シナリオまたはオブジェクト自身の発光が信号源として使用される。従って、IRカメラシステムは、コントラストの低いシナリオ(暖かいバックグラウンドの前に立っている人間)に対処する必要があり、システムを盲目にする強いIR源(ランプ、太陽)に敏感である。さらに、雨や雪はシステムの効率を実質的に減少させる。   There are infrared cameras that provide high resolution in both the vertical and horizontal directions. Such a camera is sensitive to the total power (not coherent) absorbed by the pixel receiver, and in the case of a radar system, it cannot obtain distance information. Furthermore, most IR camera systems for automobiles are passive. Without sending a signal, the light emission of the scenario or the object itself is used as the signal source. Thus, IR camera systems need to deal with low contrast scenarios (humans standing in front of a warm background) and are sensitive to strong IR sources (lamps, sun) that blind the system. In addition, rain and snow substantially reduce the efficiency of the system.

室外応用のためのサブミリ波レーダーは、特定の、はっきりした周波数バンド内で動作しなければならない。これらのバンドは、大気減衰が無い(または少なくとも非常に弱い)ことによって特徴付けられる。0から100GHzの完全な周波数レンジを使用することが可能であり、且つ、法的規制のみが周波数最適化を制限するマイクロ波レーダー応用とは対照的に、100GHzより上のレーダーは、利用可能な周波数レンジの少し(20%)の部分のみを使用することができる。典型的なバンド(同様に、“大気ウインドウ”として言及される)は、ピーク減衰の増加を伴って、100GHz、220GHz、350GHz、450GHz520GHz、600GHz、810GHz、1.000THz、1.650THzおよび2.400THzの前後に位置している。これらのウインドウは、よく知られている。   Submillimeter wave radar for outdoor applications must operate in a specific, well-defined frequency band. These bands are characterized by no atmospheric attenuation (or at least very weak). Radar above 100 GHz is available, as opposed to microwave radar applications where the full frequency range from 0 to 100 GHz can be used and only legal regulations limit frequency optimization Only a small part (20%) of the frequency range can be used. Typical bands (also referred to as “atmospheric windows”) are 100 GHz, 220 GHz, 350 GHz, 450 GHz 520 GHz, 600 GHz, 810 GHz, 1.000 THz, 1.650 THz and 2.400 THz with increasing peak attenuation. Located before and after. These windows are well known.

WO2006/078570(HOLT)の段落0063−0069が、被写体の少なくとも一部を、先ず電磁波で、次に約100MHz以上約2THz以下の周波数を有する異なる周波数範囲で照射することを含む、被写体の観察方法を提供していることは、既知である。   WO 2006/075570 (HOLT) paragraphs 0063-0069, comprising irradiating at least a portion of a subject first with electromagnetic waves and then with different frequency ranges having a frequency of about 100 MHz to about 2 THz It is known to provide

映像における相違の観察を強化するために、それぞれの映像に、映像パターン、強度レベルまたは色のような、識別特徴を割当てても良いことが記載されている。映像は、カラー映像から生成されたグレースケール映像である。記載された事例では、これらの映像におけるピクセルはそれぞれ、赤、緑および青の色が割当てられていた。これが、これらの映像の一般的な強度レベルが相違することの、少なくとも一部分の理由である。   It is described that identification features, such as video patterns, intensity levels or colors, may be assigned to each video to enhance the observation of differences in the video. The video is a grayscale video generated from a color video. In the case described, the pixels in these images were assigned red, green and blue colors, respectively. This is at least partly the reason why the general intensity levels of these images are different.

さらに、観察者が映像間の相違を識別するのを助けるために、異なる周波数範囲に対するデータから生成された異なる映像を、観察者に対して、連続的にあるいは同時に表示することができることが記載されている。このような相違のエリアは、オブジェクトを含み得る映像異常に対応し得る。観察者の注意をその異常に向けることによって、オブジェクトの識別を速めることができる。   In addition, it is described that different videos generated from data for different frequency ranges can be displayed to the viewer continuously or simultaneously to help the viewer identify differences between videos. ing. Such areas of difference may correspond to video anomalies that may include objects. By directing the viewer's attention to the anomaly, identification of the object can be accelerated.

本発明の目的は、サブミリ波レーダーシステムのための新規な信号処理装置、このようなレーダーシステム、ロボット、または、ロボット車両またはこのシステムを有する路上走行車を提供すること、且つ、対応する方法およびコンピュータプログラムを提供することである。   The object of the present invention is to provide a novel signal processing device for a submillimeter wave radar system, such a radar system, a robot, or a robot vehicle or a road vehicle having this system, and a corresponding method and To provide a computer program.

第1の観点によれば、本発明は、視野を有するサブミリ波アクティブレーダーシステムのための信号処理装置において、前記信号処理装置は、前記視野から受信し且つ前記レーダーシステムによってダウンコンバートされた信号を処理するように構成され、前記ダウンコンバート信号は、時変の振幅と、視野内の所定のピクセルにおけるコンテンツに依存する周期的成分を有する位相成分とを有する、視野内の所定のピクセルに対応し、さらに、前記信号処理装置は、前記周期的成分からコンテンツに関する情報を識別するように構成されている、信号処理装置を提供する。   According to a first aspect, the present invention provides a signal processing apparatus for a submillimeter wave active radar system having a field of view, wherein the signal processing apparatus receives a signal received from the field of view and down-converted by the radar system. Configured to process, the downconverted signal corresponds to a predetermined pixel in the field of view having a time-varying amplitude and a phase component having a periodic component that depends on the content in the predetermined pixel in the field of view. Furthermore, the signal processing device provides a signal processing device configured to identify information about the content from the periodic component.

振幅のみよりも位相を使用することによって、ダウンコンバート信号中に追加の情報が存在する。この情報は、ノイズと区別することができないとして、従来の非コヒーレントなしでは失われていた。位相は、振幅のみよりも、オブジェクト、バックグラウンドおよび大気条件のようなコンテンツにおける変化に、より敏感である。位相情報は、コンテンツに特有の少なくとも3つのタイプの情報を含むことができる、周期的成分の保持を可能とする。第1に、少数のサブミリ波長に渡るコンテンツの擬似的な周期的変化の形におけるコンテンのツフラターは、例えば風の中の植物の動き或いはある構造のその他の強制振動である微小な動きのように、あるコンテンツに特有であり得る。第2に、サブミリ定常波における変化は、ノイズとして放棄される代わりに、今ではコンテンツにおける相違によって生じるスペックルの相違を決定するために、充分に検出することができる。第3に、視野内のオブジェクト上の薄層は、もしその層が複数の半波長のオーダーの厚さを有する場合、サブミリ波放射の受信された反射に影響を与える干渉縞を生成することができる。一例は、道路上の氷の層である。この追加の情報は、日光、霧または降雨による妨害に対して影響を受けてはいけない、例えば自動車用レーダーを含む種々の応用に対して、サブミリ波レーダーをより実用的にする。   By using phase rather than amplitude alone, there is additional information in the downconverted signal. This information has been lost without traditional non-coherence as indistinguishable from noise. Phase is more sensitive to changes in content such as objects, background and atmospheric conditions than to amplitude alone. Phase information allows for the retention of periodic components that can include at least three types of information specific to the content. First, content flutter in the form of quasi-periodic changes in content over a small number of submillimeter wavelengths, such as the movement of plants in the wind or other forced vibrations of a structure Can be specific to some content. Second, instead of being discarded as noise, changes in submillimeter standing waves can now be detected sufficiently to determine speckle differences caused by differences in content. Third, a thin layer on an object in the field of view can produce fringes that affect the received reflection of submillimeter radiation if that layer has a thickness on the order of multiple half wavelengths. it can. An example is an ice layer on a road. This additional information makes submillimeter wave radar more practical for various applications including, for example, automotive radar, which must not be affected by interference from sunlight, fog or rain.

本発明の実施例は追加の特徴を有することができ、このような追加の特徴の幾つかが従属項に記載され、以下に詳細に説明される。   Embodiments of the invention may have additional features, some of which are described in the dependent claims and described in detail below.

幾つかの実施例では、ダウンコンバート信号は、IFスペクトルを有するIF信号であっても良く、さらに、信号処理装置は、IFスペクトルの2個またはそれ以上の領域を別個に分析するように構成される。これは、例えば、好ましくはスペクトルのある部分では現れその他の部分では現れない、コンテンツの識別を可能とする。   In some embodiments, the downconverted signal may be an IF signal having an IF spectrum, and the signal processing device is configured to separately analyze two or more regions of the IF spectrum. The This allows, for example, identification of content that preferably appears in one part of the spectrum but not in the other part.

信号処理装置は、映像解析において既知の何らかの技術を実行するように構成することができる。このような技術には、デジタルフィルタの応用、例えば、平滑化フィルタまたは分割化、輪郭発生、コントラストジャンプ、および/またはライン、エッジ、コーナーの識別のために使用されるフィルタであって、輪郭、領域等を平滑化するために形態学的演算子を使用するように適応されたフィルタが含まれる。信号処理装置は、受信映像の一部分をクラスター化し、それによって、共通の特徴を持った領域を識別し、例えば、それによってオブジェクトを識別するように構成されていても良い。これは、例えば、検出された特徴を、所定のオブジェクトまたはオブジェクトクラスの特徴を格納したライブラリと比較することを含むことができる。   The signal processing device can be configured to perform any known technique in video analysis. Such techniques include digital filter applications such as smoothing filter or segmentation, contour generation, contrast jump, and / or filters used for line, edge, corner identification, contour, A filter adapted to use morphological operators to smooth regions and the like is included. The signal processing device may be configured to cluster portions of the received video, thereby identifying regions having common characteristics, for example, thereby identifying objects. This can include, for example, comparing the detected features with a library that stores features of a given object or object class.

信号処理装置は、受信信号の一部分を受信ビーム位置の対応するセットに関連させるための部分を有することができる。これは、関連する信号を、シーンを表すフレームにグループ化させることを可能とする。これは、例えば、1、2または3次元フレーム化であり得る。   The signal processing apparatus can have a portion for associating a portion of the received signal with a corresponding set of receive beam positions. This allows related signals to be grouped into frames that represent the scene. This can be, for example, 1, 2 or 3D framing.

信号処理装置は、フレーム化されたデータに演算子(オペレータ)を適用する部分を有することができる。この演算子は、ある所定の瞬間におけるシーン内の振幅および/またはIF周波数の局所的な変化を抽出するための演算子であっても良い。   The signal processing apparatus can have a portion for applying an operator to the framed data. This operator may be an operator for extracting local changes in amplitude and / or IF frequency in the scene at a given moment.

この演算子は、フレーム化されたデータ中の空間的または時間的な特徴を抽出するための演算子であっても良い。この演算子は、サブミリ波周波数または振幅に依存性を有する特性、または、放射方向、受信器の焦点位置、または偏光、或いはこれらの全ての組合せの何れかに対する依存性を備える特性を抽出するための演算子であっても良い。   This operator may be an operator for extracting a spatial or temporal feature in the framed data. This operator extracts characteristics that have a dependency on submillimeter frequency or amplitude, or that have a dependency on either the direction of radiation, the focal position of the receiver, or the polarization, or any combination thereof. May be an operator.

他の観点では、視野に放射する送信器と、視野から信号を受信する受信器と、復調器であって、送信器に位相ロックされたローカル発振器信号を使用する復調器と、を有するサブミリ波レーダーシステムであって、さらにこのシステムは上述の信号処理装置を有する、サブミリ波レーダーシステムが提供される。   In another aspect, a submillimeter wave having a transmitter that radiates to a field of view, a receiver that receives a signal from the field of view, and a demodulator that uses a local oscillator signal that is phase locked to the transmitter. A radar system, further comprising a signal processing device as described above, is provided.

他の観点では、送信器を用い、さらに、視野から信号を受信し且つ処理するアクティブレーダーシステムを用いるための対応方法、および、信号を処理するための対応方法が提供される。   In another aspect, a corresponding method for using a transmitter and further using an active radar system that receives and processes signals from the field of view and a corresponding method for processing signals are provided.

全ての追加の構成は共に組み合わせることができ、全ての観点と組み合わせることができる。他の利点は、当業者、特に他の従来技術の当業者にとって明らかであろう。本発明の特許請求の範囲から逸脱することなく、多くの変形および修正が可能である。従って、本発明の形は、説明的でのみあり、本発明の範囲を限定することを意図するものではない。   All additional configurations can be combined together and combined with all aspects. Other advantages will be apparent to those skilled in the art, particularly those skilled in other prior art. Many variations and modifications may be made without departing from the scope of the claims of the present invention. Accordingly, the form of the invention is illustrative only and is not intended to limit the scope of the invention.

本発明に係るレーダーシステムの実施例の概略図。1 is a schematic diagram of an embodiment of a radar system according to the present invention. 本発明に係るレーダーシステムの実施例の概略図。1 is a schematic diagram of an embodiment of a radar system according to the present invention. 実施例に係るステップを示す図。The figure which shows the step which concerns on an Example. 他の実施例のシステム図。The system figure of another Example. 図1,2,3または4の実施例またはその他の実施例で使用するための周波数およびタイミング制御の概略図。FIG. 5 is a schematic diagram of frequency and timing control for use in the embodiment of FIGS. 1, 2, 3 or 4 or other embodiments. 図1,2,3または4の実施例またはその他の実施例で使用するための周波数およびタイミング制御の概略図。FIG. 5 is a schematic diagram of frequency and timing control for use in the embodiment of FIGS. 1, 2, 3 or 4 or other embodiments. 図1,2,3または4の実施例またはその他の実施例で使用するための周波数およびタイミング制御の概略図。FIG. 5 is a schematic diagram of frequency and timing control for use in the embodiment of FIGS. 1, 2, 3 or 4 or other embodiments. 同じシステム実施例に対するRF発生器部の概略図。FIG. 2 is a schematic diagram of an RF generator section for the same system embodiment. 同じシステム実施例に対するLO発生器部の概略図。FIG. 3 is a schematic diagram of an LO generator section for the same system embodiment. 同じシステム実施例に対するIF処理部の概略図。1 is a schematic diagram of an IF processing unit for the same system embodiment. FIG. 同じシステム実施例に対するIF処理部の概略図。1 is a schematic diagram of an IF processing unit for the same system embodiment. FIG. 同じシステム実施例に対する映像処理部の概略図。1 is a schematic diagram of a video processing unit for the same system embodiment. FIG. 同じシステム実施例に対する映像処理部の概略図。1 is a schematic diagram of a video processing unit for the same system embodiment. FIG. オフラインIF処理および映像処理を使用する代替的実施例の概略図。FIG. 4 is a schematic diagram of an alternative embodiment using offline IF processing and video processing. レーダーシステムの実施例のためのビーム成形および走査部の概略図。FIG. 3 is a schematic diagram of beam shaping and scanning for an example radar system. レーダーシステムの実施例のためのビーム成形および走査部の概略図。FIG. 3 is a schematic diagram of beam shaping and scanning for an example radar system. どのようにしてコンテンツフラターおよびスペックル効果が、受信信号のスペクトルにおいて検出可能な情報を提供することができるかを示す、グラフ。A graph showing how content flutter and speckle effects can provide detectable information in the spectrum of a received signal. どのようにしてコンテンツフラターおよびスペックル効果が、受信信号のスペクトルにおいて検出可能な情報を提供することができるかを示す、グラフ。A graph showing how content flutter and speckle effects can provide detectable information in the spectrum of a received signal. どのようにしてコンテンツフラターおよびスペックル効果が、受信信号のスペクトルにおいて検出可能な情報を提供することができるかを示す、グラフ。A graph showing how content flutter and speckle effects can provide detectable information in the spectrum of a received signal. どのようにしてコンテンツフラターおよびスペックル効果が、受信信号のスペクトルにおいて検出可能な情報を提供することができるかを示す、グラフ。A graph showing how content flutter and speckle effects can provide detectable information in the spectrum of a received signal. どのようにしてコンテンツフラターおよびスペックル効果が、受信信号のスペクトルにおいて検出可能な情報を提供することができるかを示す、グラフ。A graph showing how content flutter and speckle effects can provide detectable information in the spectrum of a received signal. どのようにしてコンテンツフラターおよびスペックル効果が、受信信号のスペクトルにおいて検出可能な情報を提供することができるかを示す、グラフ。A graph showing how content flutter and speckle effects can provide detectable information in the spectrum of a received signal. どのようにしてコンテンツフラターおよびスペックル効果が、受信信号のスペクトルにおいて検出可能な情報を提供することができるかを示す、グラフ。A graph showing how content flutter and speckle effects can provide detectable information in the spectrum of a received signal. 受信したRF信号における検出可能な干渉効果を示すグラフ。6 is a graph showing a detectable interference effect in a received RF signal. 受信したRF信号における検出可能な干渉効果を示すグラフ。6 is a graph showing a detectable interference effect in a received RF signal.

本発明を、ある実施例に関して、且つ、いくらかの図面を参照して説明するが、しかし本発明はこれらに限定されるものでは無く、特許請求の範囲によってのみ限定される。記載された図面は概略的で限定的なものではない。図面において、要素の幾つかのサイズは説明目的のために誇張されており、寸法どおりではない。本明細書と特許請求の範囲において“備える”との用語が使用されているが、これは、その他の部材または段階を排除するものではない。単数名詞として記載された限定または非限定項目が使用された場合、特別に指定されている場合以外はその名詞の複数のものを含む。   The present invention will be described with respect to certain embodiments and with reference to certain drawings but the invention is not limited thereto but only by the claims. The drawings described are only schematic and are non-limiting. In the drawings, the size of some of the elements are exaggerated for illustrative purposes and not to scale. Although the term “comprising” is used herein and in the claims, this does not exclude other elements or steps. When a limited or non-limiting item described as a singular noun is used, it includes a plurality of nouns unless specifically designated.

特許請求の範囲で使用された用語“備える”は、それ以降で列挙された手段に限定されるものとして解釈されるべきではなく、その他の部材または段階を排除しない。従って、表現“手段AおよびBを備える装置”は、部品AおよびBのみからなる装置に限定されるべきではない。これは、本願発明に関して、その装置に関連する部品はAおよびBであることを意味している。   The term “comprising”, used in the claims, should not be interpreted as being restricted to the means listed thereafter; it does not exclude other elements or steps. Thus, the expression “apparatus comprising means A and B” should not be limited to an apparatus consisting only of parts A and B. This means that for the present invention, the parts associated with the device are A and B.

さらに、明細書および特許請求の範囲における用語、第1、第2、第3等は、類似の部材間を区別するために使用され、必ずしも順序または時間順を記載するものではない。このように使用された用語は適正な環境下で相互に交換可能であり、ここに記載した発明の実施例は、ここに記載し或いは図示したものとは別の順序で動作可能であることを理解すべきである。   Further, the terms first, second, third, etc. in the specification and claims are used to distinguish between similar members and do not necessarily describe the order or time order. It is understood that the terms used in this manner are interchangeable under proper circumstances, and that the embodiments of the invention described herein can operate in a different order than those described or illustrated herein. Should be understood.

さらに、明細書および特許請求の範囲における用語、上部、下部、上方、下方等は説明目的のために使用され、必ずしも相互の位置を記載するものではない。このように使用された用語は、適正な環境下で相互に交換可能である。ここに記載した発明の実施例は、ここに記載し或いは図示したものとは別の配置で動作可能であることを、理解すべきである。   Further, the terms upper, lower, upper, lower, etc. in the specification and claims are used for illustrative purposes and do not necessarily indicate their position relative to each other. Terms used in this way are interchangeable under the proper circumstances. It should be understood that embodiments of the invention described herein can operate in other arrangements than those described or illustrated herein.

請求の範囲で使用された用語“備える”は、それ以降にリストされた手段に限定されるとして解釈されるべきではないことを注意すべきである。これは、他の要素またはステップを排除しない。従って、記述された構成、整数、ステップまたは部品の存在を特定するものとして解釈されるべきであり、1個のまたはそれ以上のその他の構成、整数、ステップまたは部品、またはそれらのグループの存在を排除するものではない。従って、表現“手段AおよびBを備えるデバイス”の範囲は、部品AおよびBのみからなるデバイスに限定されるべきではない。本発明に関して、このデバイスに関係のみする成分がAおよびBであることを意味する。   It should be noted that the term “comprising”, used in the claims, should not be construed as limited to the means listed thereafter. This does not exclude other elements or steps. Accordingly, it should be construed as specifying the presence of the described configuration, integer, step or part, and the presence of one or more other configurations, integers, steps or parts, or groups thereof. It is not excluded. Therefore, the scope of the expression “device with means A and B” should not be limited to devices consisting only of parts A and B. In the context of the present invention, it is meant that the components only relevant to this device are A and B.

この明細書を通して、“一実施例”或いは“ある実施例”との言及は、実施例に関連して記載されるある構成、構造または特徴が、本発明の少なくともひとつの実施例に含まれていることを意味する。従って、この明細書全体の種々の場所における語句、“一実施例において”或いは“ある実施例において”の出現は、必ずしも全てが同じ実施例に言及するものでなくても、或いは、そうであっても良い。さらに、ある構成、構造または特徴は、1またはそれ以上の実施例において、当業者にとってこの開示から明らかであるように、全ての適切な方法で組み合わせることができる。   Throughout this specification, references to "one embodiment" or "an embodiment" include certain configurations, structures or features described in connection with the embodiment that are included in at least one embodiment of the invention. Means that Thus, the appearances of the phrases “in one embodiment” or “in an embodiment” in various places throughout this specification are not necessarily all referring to the same embodiment, or are so. May be. Furthermore, certain configurations, structures or features may be combined in any suitable manner in one or more embodiments as will be apparent to those skilled in the art from this disclosure.

同様に、本発明の典型的な実施例の記載において、本発明の種々の構成は、しばしば1つの実施例、図面またはその説明において、開示を合理化するために、且つ、一またはそれ以上の種々の発明的観点の理解を助けるために、共にグループ化される。この開示の方法は、しかしながら、特許請求の範囲に記載した発明が各請求項に明示的に記載したものより多くの構成を必要とするという意図を反映していると解釈されるべきではない。むしろ、以下の請求項が反映するように、発明的観点は、上述の1個の開示された実施例の全ての構成よりも少ないものに存在している。従って、詳細な説明に続く特許請求の範囲は、各請求項をそれ自身でこの発明の別の実施例として、ここに置いて明示的にこの詳細な説明に組み込まれる。   Similarly, in describing exemplary embodiments of the present invention, various configurations of the present invention are often described in one embodiment, drawing or description thereof, in order to streamline the disclosure and in one or more of the various configurations. Grouped together to help understand the inventive aspects of This method of disclosure, however, should not be interpreted as reflecting an intention that the claimed invention requires more features than are expressly recited in each claim. Rather, as the following claims reflect, inventive aspects exist in less than all configurations of a single disclosed embodiment described above. Thus, the claims following the detailed description are hereby expressly incorporated into this detailed description, with each claim standing on its own as a separate embodiment of this invention.

さらに、ここに記載した幾つかの実施例は、他の実施例に含まれる幾つかの構成を含むが他の実施例に含まれる他の構成を含まない一方で、異なる実施例の構成の組合せは本発明の範囲内であると意図され、且つ、当業者によって理解されるように、異なる実施例を形成する。例えば、以下の特許請求の範囲において、特許請求された全ての実施例は、全ての組合せにおいて使用しうる。   Further, some embodiments described herein may include some configurations included in other embodiments, but not other configurations included in other embodiments, while combinations of configurations of different embodiments. Are intended to be within the scope of the present invention and, as will be appreciated by those skilled in the art, form different embodiments. For example, in the following claims, all claimed embodiments can be used in all combinations.

ここに提示された記載において、多くの具体的な詳細が述べられている。しかしながら、本発明の実施例はこれらの具体的な詳細が無くても実施することができることを、理解すべきである。他の事例において、周知の方法、構造および技術は、この記載の理解を妨げないように、詳細には示されていない。   In the description presented herein, numerous specific details are set forth. However, it should be understood that embodiments of the invention may be practiced without these specific details. In other instances, well-known methods, structures and techniques have not been shown in detail in order not to obscure the understanding of this description.

本発明の幾つかの実施例の詳細な説明によって、本発明を説明する。本発明の他の実施例を、本発明の技術的な開示から離れることなく、当業者の知識に基づいて構成できることは明らかであり、本発明は添付の請求の範囲の用語によってのみ限定される。   The invention will now be described by a detailed description of several embodiments of the invention. Obviously, other embodiments of the invention may be constructed based on the knowledge of those skilled in the art without departing from the technical disclosure of the invention, and the invention is limited only by the terms of the appended claims. .

“アクティブ”は、シーンを照射するために放射線を放出し、シーンから反射された放射線を検出する全てのレーダーシステムを意味する。受信が放射器に対して位相ロックされていると、放射器は、放射を検出することによって、原理的に受信部に対して独立していることができる。これは“パッシブ”と対照的である。パッシブとは、ターゲット(人間が作ったもの或いはそうでないものの何れか)を照射するためのブロードバンドソース(光源)またはターゲットそれ自身の放射の何れかを用いる、全ての放射性システムを意味する。このようなシステムは、当業者にとって、“パッシブ”レーダーと見做される。   “Active” means any radar system that emits radiation to illuminate the scene and detects the radiation reflected from the scene. If the reception is phase locked with respect to the radiator, the radiator can in principle be independent of the receiver by detecting the radiation. This is in contrast to “passive”. By passive is meant any radioactive system that uses either a broadband source (light source) or the target's own radiation to illuminate the target (either human made or not). Such a system is considered to be “passive” radar by those skilled in the art.

サブミリレーダーは、一般的に、約100GHz以上の周波数を使用する全てのレーダーを含むものと意図され、そしてその事例は、300GHz以上で、テラヘルツレーダーとしても知られている3THz以下の狭い範囲内で説明される。このようなレーダーは、例えば、車両のためのシステム、および例えば周知のように、建築物におけるセキュリティまたは監視システムに応用することができる。   Sub-millimeter radars are generally intended to include all radars that use frequencies above about 100 GHz, and the examples are within a narrow range below 300 THz, also known as terahertz radar, below 3 THz. Explained. Such radar can be applied, for example, to systems for vehicles and, for example, security or surveillance systems in buildings as is well known.

コンテンツは、視野内の全てのものとして定義され、例えば、自動車用の応用に対しては自動車や歩行者のような検出すべきオブジェクト、さらに、少なくとも自動車用の応用に対してはノイズとして見做され且つ識別の一部分として映像から消去されうる植物や建物のような背景またははっきりしないオブジェクトを含む。コンテンツは、さらに、雨、霧、雪または日光のような、外部照射および受信器に戻ってくる反射の何れかまたは両方に影響する、大気効果を含む。   Content is defined as everything in the field of view, for example, an object to be detected such as a car or a pedestrian for automotive applications, and at least a noise for automotive applications. And include backgrounds or obscure objects such as plants or buildings that can be deleted from the video as part of the identification. The content further includes atmospheric effects that affect either or both external illumination and reflections returning to the receiver, such as rain, fog, snow or sunlight.

“車両”は、広く解釈されるべきであり、全てのロボット、ロボット車両、自動誘導車両、路上走行車、船舶、飛行機等に言及することができる。   “Vehicle” should be interpreted broadly and can refer to all robots, robot vehicles, self-guided vehicles, road vehicles, ships, airplanes, and the like.

実施例の紹介:挑戦およびシステム考察
屋外応用に対するサブミリ波(以降、サブミリ)レーダーは、他のレーダーシステムとは異なって、複雑なバックグラウンドの前面の複雑なオブジェクトに直面している。従って、過度のバンド幅(帯域)と電力(パワー)要求を伴うことなく、レーダーの識別および分類能力を強化するために、新しい技術が必要とされている。
Example Introduction: Challenges and System Considerations Submillimeter radar (hereafter submillimeter) radar for outdoor applications faces complex objects in front of a complex background, unlike other radar systems. Therefore, new technologies are needed to enhance radar identification and classification capabilities without undue bandwidth and power requirements.

RFバンド幅を減少させることは、ノイズパフォーマンスを向上させるための1つの有用な方法である。古典的なドップラーおよびFMCWレーダーシステムでは、それぞれの往復距離分解能に要求される速度に達するために、非常に大きなRFバンド幅を必要とする。受容できる信号対ノイズ比に達する唯一の可能な方法は、集積化である。その結果、単位時間に対してほんの少しの回数の測定のみが実行可能である。通常、この数は1D走査レーダーに対して充分である。必要なピクセル測定の数によって、これらの古典的な方法に基づいて、映像レーダーシステムを実現することはできない。必要とされるRFバンド幅を減少させ、他の方法で分類情報を提供する方法があるはずである。このバンド幅の減少は、より良い信号対ノイズ比を生じる。この信号対ノイズ比の増加は、LOパワー要求を低下させるために、または、単位時間当たりに測定されるピクセル(フレーム)の数を増加させるために、使用することができる。   Reducing RF bandwidth is one useful way to improve noise performance. Classic Doppler and FMCW radar systems require a very large RF bandwidth to reach the speed required for their respective round trip distance resolution. The only possible way to reach an acceptable signal to noise ratio is integration. As a result, only a few measurements can be performed per unit time. This number is usually sufficient for 1D scanning radar. Depending on the number of pixel measurements required, an image radar system cannot be realized based on these classical methods. There should be a way to reduce the required RF bandwidth and provide classification information in other ways. This reduction in bandwidth results in a better signal to noise ratio. This increase in signal to noise ratio can be used to reduce LO power requirements or to increase the number of pixels (frames) measured per unit time.

LOパワーは、今日の、サブミリ波映像レーダーを製作する上での他の制限因子であり、所定の距離のシナリオを照射するためのRFパワーの利用可能性である。現在のところ、10μWの出力は、導波路ブロックを利用した最高水準である。手ごろなレーダーシステムに対して、10mWの出力を達成しなければならない。広帯域照射要求を追加することによって、放射パワー目標は、達成することがさらに困難となる。手ごろな出力に到達する方法は、広帯域源から離れて、多重周波数源を構築することである。この多重周波数源は、要求される周波数帯で要求されるパワーを放射するが、しかし、大気ウインドウ間における周波数範囲において高い出力レベルを生成する能力を持つ必要はない。   LO power is another limiting factor in making submillimeter image radar today and is the availability of RF power to illuminate a given distance scenario. At present, the output of 10 μW is the highest level using a waveguide block. For an affordable radar system, an output of 10 mW must be achieved. By adding broadband illumination requirements, the radiant power target becomes even more difficult to achieve. A way to reach a reasonable output is to build a multi-frequency source away from the broadband source. This multi-frequency source radiates the required power in the required frequency band, but need not be capable of producing high power levels in the frequency range between the atmospheric windows.

アクティブなサブミリ波レーダーは通常、鏡面反射の角度かそれに近い角度において、反射面に敏感であるため、サブミリ波周波数で“見える”オブジェクトの形状は、IRカメラを使用して獲得される映像と本質的に異なっている。この映像は、同様に、パッシブなミリ波レーダーを屋外条件下で使用して獲得した映像と異なっている。この条件下では、基本的に冷たい空は、暖かい地面に対して大きな映像コントラストを提供する。200GHz以上の周波数でパッシブサブミリ波レーダーを使用することにより、空の温度は地面の温度に近いことが見出され、その結果として、屋内条件に向って映像コントラストを減少させる。アクティブサブミリ波レーダーにおける顔の映像は、主に、鼻先、額およびあご先の明るい反射のみからなる。このレーダーシステムは照射を提供するので、屋内および屋外条件を考慮する必要性は無い。顔の残りの部分は、それらが鏡面反射の角度領域内にないので、映像には貢献しないが、光学的周波数とは異なって、非常に少ない拡散反射がある。映像に対する拡散反射の貢献を制限する別の因子は、受信器のダイナミックレンジが制限されていることである。従って、オブジェクトの形状は、光学映像における認識可能な形状に対応せず、そのため、オブジェクトを分類するために別のレベルの情報の追加が必要である。顔の殆ど全ての点が同じペースで動くであろうと言うことを知ると、信号の絶対レベルが低くても、RFスペックルパターン周波数スペクトルは同じとなるであろう。   Since active submillimeter radars are usually sensitive to reflective surfaces at or near specular angles, the shape of an object that is “visible” at submillimeter frequencies is essentially the same as the image acquired using an IR camera. Is different. This video is also different from the video acquired using passive millimeter-wave radar under outdoor conditions. Under these conditions, the essentially cold sky provides a large image contrast to the warm ground. By using a passive submillimeter radar at a frequency of 200 GHz or higher, the sky temperature is found to be close to the ground temperature, resulting in a reduction in image contrast towards indoor conditions. The face image in the active submillimeter wave radar mainly consists of bright reflections of the nose tip, forehead and chin. Since this radar system provides illumination, there is no need to consider indoor and outdoor conditions. The rest of the face does not contribute to the image because they are not in the specular angle region, but there is very little diffuse reflection, unlike the optical frequency. Another factor limiting the diffuse reflection contribution to the image is the limited dynamic range of the receiver. Therefore, the shape of the object does not correspond to a recognizable shape in the optical image, and therefore another level of information needs to be added to classify the object. Knowing that almost every point on the face will move at the same pace, the RF speckle pattern frequency spectrum will be the same, even if the absolute level of the signal is low.

オブジェクト分類ライブラリは識別プロセスの有用な部分であり得る。身近な多重周波数レーダーシステムと共に、オブジェクト挙動のライブラリは事前に設定されねばならない。オブジェクトの具体的な挙動(RF周波数に関して)のみならず、種々のオブジェクトクラスを識別するために、低周波数相関長(IFバンドにおいて測定されたもの)も同様にリストアップすることができる。   An object classification library can be a useful part of the identification process. Along with familiar multi-frequency radar systems, a library of object behavior must be pre-configured. Not only the specific behavior of the object (with respect to the RF frequency), but also the low frequency correlation length (measured in the IF band) can be listed to identify different object classes.

さらに、オブジェクト分類ライブラリは、更に、オブジェクトの空間および時間的相関関数に関する情報を含むことができる。あるオブジェクトは、結像装置上で典型的なサイズおよび形状(空間的相関長)と典型的な可視時間(相関時間)を、オブジェクトの部分の互いに関する相対運動(オブジェクト自動相関スペクトル)と同様に、有する。   In addition, the object classification library can further include information about the spatial and temporal correlation functions of the object. Some objects have a typical size and shape on the imaging device (spatial correlation length) and a typical visible time (correlation time), as well as relative movements of object parts relative to each other (object autocorrelation spectrum). Have.

従来のレーザシステムとは反対に、サブミリ波自動車レーダーは結像装置として使用することができる。従って、新しい一連の概念を展開することができる:映像レーダーは、各ピクセルにおいて、高いピクセル再現率と小さな集積化時間を要する。従って且つより小さな波長に基づいて得られる高い空間分解能と共に、オブジェクトとバックグラウンドの小さな動きによって生じたスペックルシグニチャーは、IF信号の振幅情報において可視となる。それらは、位相情報が維持され検出されない限り、ノイズとして現れる。幾つかの条件は次の通りである。   Contrary to conventional laser systems, submillimeter wave automotive radar can be used as an imaging device. Thus, a new set of concepts can be developed: image radar requires high pixel recall and small integration time at each pixel. Therefore, and with high spatial resolution obtained based on smaller wavelengths, speckle signatures caused by small movements of the object and background are visible in the amplitude information of the IF signal. They appear as noise unless phase information is maintained and detected. Some conditions are as follows.

・空間分解能は、移動するオブジェクト(葉、衣類、車両部分)のオーダーでなければならない。
・波長は、このような複雑なオブジェクトの動きが位相情報の大きな変化を引起すように、充分小さくなければならない。
Spatial resolution must be on the order of moving objects (leaves, clothing, vehicle parts).
The wavelength must be small enough so that such complex object movements cause large changes in the phase information.

この両方の条件は、他のタイプのレーダーとは異なって、サブミリ波レーダーで満足される。数センチメートルの空間分解能は、個々の葉、衣類部分および車両部分の識別を可能とする。通常、ミリメートルよりも小さい波長は、結果としてミリメートルのほんの一部分のオーダーの小さな動きをもたらし、シフト定常波率、即ち、古典的なスペックルパターンとして、見えるようになる。   Both of these conditions are satisfied with submillimeter wave radar, unlike other types of radar. Spatial resolution of a few centimeters allows identification of individual leaves, clothing parts and vehicle parts. Usually, wavelengths smaller than millimeters result in small movements on the order of a fraction of millimeters and become visible as shifted standing wave rates, ie classic speckle patterns.

スペックルパターンのようなこれらの周期的成分を除去する代わりに、それらの周波数コンテンツを評価することができる。調査中のオブジェクトの微視的な動きの典型的な周波数範囲に起因して、オブジェクトクラスからオブジェクトクラスに顕著なマイクロ運動スペクトルの利用可能性につながる。   Instead of removing these periodic components such as speckle patterns, their frequency content can be evaluated. Due to the typical frequency range of the microscopic movement of the object under investigation, it leads to the availability of a noticeable micro-motion spectrum from object class to object class.

木の葉は、通常、スペックル周波数10sから100Hzにつながる、数mm/sの振動スペクトルを有している。衣類は、結果的にサブHzスペクトルとなる、2、3mm/sの振動スペクトルを有している。従来のレーダーシステムは数10Hzのフレームレートを有し、これらのスペックルパターンを見ることはできない。時間ウインドウに渡って選択されたピクセル上で一連の測定を行うことによって、周波数分解能を数kHzに上げることができる。数ピクセルの情報を取り、且つ、FFT解析またはその他の変換を実行することによって、自動車の事例に対する植物の影響のような、ある雑音の除去が可能となる。   The leaves of a tree usually have a vibration spectrum of several mm / s leading from a speckle frequency of 10 s to 100 Hz. The garment has a vibration spectrum of a few mm / s resulting in a sub-Hz spectrum. Conventional radar systems have a frame rate of several tens of Hz and cannot see these speckle patterns. By performing a series of measurements on selected pixels over a time window, the frequency resolution can be increased to a few kHz. By taking a few pixels of information and performing an FFT analysis or other transformation, it is possible to remove certain noise, such as plant effects on the car case.

以下にさらに詳細に説明するように、さらに多くが実行される。
相関解析は、単一周波数レーダーによって得られる2D映像に、更に2つの次元を追加することができる。
Many more are performed, as described in more detail below.
Correlation analysis can add two more dimensions to the 2D video obtained by single frequency radar.

全ての所定のピクセルの相関時間を“過去に戻って”計算することができ、且つ、全ての隣接するピクセルの相関長を“同時に”計算することができる。この方法の全出力は、如何なるピクセルであってもそのピクセルの相関を、以前の時間にとられたその他のピクセルに関して計算することにより、明らかとなる。この“全”相関は、時間および空間に似た特性、例えば、シナリオフレームに対するオブジェクト移動、オブジェクトの他の部分に対するオブジェクト部分の移動、オブジェクトのサイズおよび持続情報、を含む。このような特性の全ては、コンテンツに特有であり、種々のタイプのオブジェクトの識別および分類を可能とする。   The correlation time for all given pixels can be calculated “back in the past” and the correlation length for all adjacent pixels can be calculated “simultaneously”. The total output of this method is apparent by calculating the correlation of any pixel with respect to other pixels taken at the previous time. This “total” correlation includes time and space-like characteristics such as object movement relative to the scenario frame, movement of the object part relative to other parts of the object, object size and persistence information. All of these characteristics are content specific and allow the identification and classification of various types of objects.

結像システムに対して、フレーム速度は、バックグラウンドおよびオブジェクト両者の相関時間がフレーム速度よりも遅くなるように、充分早く選択されるべきである。それぞれのピクセルポイントの“時間をさかのぼった”自身との相関(自動相関時間)の計算は、コントラスト強調映像を生じる。このオブジェクトは、通常、風によって生じる小さな動きによって、バックグラウンドにおいて、植物よりも長い相関時間を有している。オブジェクト(例えば、歩行者)は、通常、道路施設の一片、または、例えば広告に使用される人間の厚紙映像よりも遥かに速い、相関時間を有している。   For an imaging system, the frame rate should be chosen fast enough so that both the background and object correlation times are slower than the frame rate. Calculation of the correlation (autocorrelation time) of each pixel point with itself “back in time” produces a contrast enhanced image. This object usually has a longer correlation time than plants in the background due to small movements caused by the wind. An object (eg, a pedestrian) typically has a correlation time that is much faster than a piece of road facility or a human cardboard image used for advertising, for example.

同じ測定情報を取り且つ隣接するピクセルに対するピクセルの相関を計算することによって、オブジェクトの特定のクラスに対する典型的な相関長が得られる。植物は小さな動きによって生じた、比較可能な小さな相関長を有し、人間はその人間のサイズによって決まるより長い相関長を有し、道路施設は、そのサイズによって往々にして最も長い相関長を有する。   By taking the same measurement information and calculating the correlation of pixels to adjacent pixels, a typical correlation length for a particular class of objects is obtained. Plants have small, comparable correlation lengths caused by small movements, humans have longer correlation lengths that depend on their size, and road facilities often have the longest correlation length depending on their size .

次に、時間および空間の相関を計算すると、新しい2つの次元が測定データに追加された。即ち、オブジェクトのサイズのみならず、レーダーシステムに対するオブジェクトの持続時間および典型的な動きを、検出ツールとして使用できる。   Next, calculating the time and space correlations, two new dimensions were added to the measurement data. That is, not only the size of the object, but also the duration and typical movement of the object relative to the radar system can be used as a detection tool.

これらの“フル”相関スペクトルは更に、オブジェクトが連続したフレームのセットにおいて可視であるピクセルに関連する、明白な相関ピークによって、速度情報(レーダーシステムに対して垂直)を含んでいる。レーダービームの方向における速度情報は、フレームを以前のものと相関させる場合、変位またはターゲットのサイズを同定することによって、種々の方法で得ることができる。   These “full” correlation spectra also contain velocity information (perpendicular to the radar system) with distinct correlation peaks associated with pixels where the object is visible in a continuous set of frames. The velocity information in the direction of the radar beam can be obtained in various ways by identifying the displacement or the size of the target when correlating the frame with the previous one.

複数のサブミリ波バンドの使用
使用可能なサブミリ波バンド間の周波数距離が比較的大きいために、所定の障害物のレーダー断面は、その障害物の材料の物理的特性に原因して、異なる周波数バンドでは異なったものとなる。人間の体はほぼ同じようにして全てのサブミリ波を反射する。即ち、人間の皮膚によって生じる信号損失は、放射周波数に依存しない殆ど完全なミラーとして作用する。0.5mm、・・・、1mmの厚さを有する通常の木の葉は、ファブリ−ペロー共鳴効果を示し、レーダービームに垂直に投影された木の葉の厚さが、材料中での波長の半分の奇数倍である場合、相殺的干渉を引起す結果となる。他の周波数では、同じ木の葉は、材料中での波長の半分の偶数倍に一致する厚さを有しており、その結果、建設的干渉を引起す。相殺的干渉は結果的にレーダーの断面を0とし、従って木の葉を見えなくする。建設的干渉周波数はレーダー断面を最大にする。
Because of the relatively large frequency distance between the plurality of submillimeter band used usable submillimeter band, radar cross-section of a given obstacle is to cause the physical properties of the material of the obstacle, different frequency bands So it will be different. The human body reflects all submillimeter waves in much the same way. That is, the signal loss caused by human skin acts as an almost perfect mirror independent of the radiation frequency. Normal tree leaves with a thickness of 0.5 mm, ... 1 mm show a Fabry-Perot resonance effect, and the thickness of the tree leaves projected perpendicular to the radar beam is an odd number, half the wavelength in the material If it is twice, it will result in destructive interference. At other frequencies, the same tree leaf has a thickness that matches an even multiple of half the wavelength in the material, resulting in constructive interference. The destructive interference results in a radar cross section of zero, thus making the leaves invisible. The constructive interference frequency maximizes the radar cross section.

これらの特性を有効に利用するために、多重周波数レーダーシステムを使用し、獲得した映像をコヒーレントに評価することができる。あるバンド内で得られたレーダー映像のそれぞれについて1個以上(例えば3個)の周波数バンドを選択することは、予め決定された“THzカラー”の属性である。その後に、特定のシナリオ(情景)からある時間において得られた全ての映像(“THzカラーを抽出する”)を重ね合わせてフォールスカラー(偽色)映像を形成する。これによって、レーダーリスポンスの周波数依存性が、映像処理により適したカラー映像へ変換される。カラーに関係する周波数バンドは、結果として人間の身体から“白色”映像を生じ、葉っぱから“カラフルな”エコーを生じる。これは、草の葉がより高い周波数を有し、樹木の葉に比べて最初に相殺的干渉が起こるためである。樹木の葉は、次に、針葉樹の葉よりも周波数が高い。ボール紙の壁と交通標識ははっきりした非白色を有し、これは映像の大部分で高速で変わらない(水面上の油のスポットに良く似ている)。舗道上の黒い氷の層も、典型色のゆっくりと変化する外観を有している。反対に、雪は完全に黒色である。これは、雪面上の多重反射が、入射する放射線を完全に吸収するからである。   In order to make effective use of these characteristics, a multi-frequency radar system can be used to evaluate the acquired image coherently. Selecting one or more (for example, three) frequency bands for each of the radar images obtained within a certain band is a predetermined attribute of “THZ color”. Thereafter, all the images ("extract THz color") obtained at a certain time from a specific scenario (scene) are overlapped to form a false color image. As a result, the frequency dependence of the radar response is converted into a color image more suitable for image processing. The frequency band associated with color results in a “white” image from the human body and a “colorful” echo from the leaves. This is because grass leaves have a higher frequency and destructive interference first occurs compared to tree leaves. Tree leaves then have a higher frequency than coniferous leaves. The cardboard walls and traffic signs have a distinct non-white color, which does not change at high speed in most of the image (much like an oil spot on the surface of the water). The black ice layer on the pavement also has a slowly changing appearance of typical colors. In contrast, the snow is completely black. This is because multiple reflections on the snow surface completely absorb the incident radiation.

そのため、フォールスカラーサブミリ波およびTHz映像化は、オブジェクトの物理的表面構造に基づいてオブジェクトを判別する働きをする。全周波数バンドにおいて得られた合計の信号振幅は、最終的にレーダー断面を象徴する。このデータセットにおいて、判別パラメータを“THzカラー”に基づいてマップすることができる。例えば、3個の周波数バンド映像を取ることができる。“赤”のカラーエッセンスは350GHzで取得され、“緑”は450GHzで取得され、更に、“青”は500GHzで取得される。人間のエコーは、全周波数バンドに共通である。葉と低木のエコーは強く周波数に依存する。これらの3つのカラー映像を重ね合わせることにより、結果としてフォールスカラー映像を生成する。ここで、人間のエコーは“白色”であり、葉のエコーは色の着いたものとなる。それ故、コヒーレントレーダーシステムにおいて、多重バンド結像を、コントラストを強化し且つオブジェクトの分類を可能とするために使用することができる。   Therefore, false color submillimeter waves and THz imaging serve to discriminate objects based on the physical surface structure of the objects. The total signal amplitude obtained in all frequency bands ultimately symbolizes the radar cross section. In this data set, the discrimination parameter can be mapped based on “THZ color”. For example, three frequency band images can be taken. The “red” color essence is acquired at 350 GHz, “green” is acquired at 450 GHz, and “blue” is acquired at 500 GHz. Human echo is common to all frequency bands. The echoes of leaves and shrubs are strongly frequency dependent. By superimposing these three color images, a false color image is generated as a result. Here, the human echo is “white”, and the leaf echo is colored. Therefore, in a coherent radar system, multi-band imaging can be used to enhance contrast and allow object classification.

サブミリ波映像レーダーは、映像化された部分の全てが使用した放射線の波長よりも遥かに大きい情景(シナリオ)を処理する。これは、従来のレーダーとは反対であって、従来のレーダーでは典型的な映像化オブジェクトは幾つかの波長の典型的な大きさを有し、従って、直接的な動きのみが位相において測定可能な変化を生じる。その結果、サブミリ波レーダー映像は、映像化オブジェクトの表面特性の細部を、従来のレーダーよりも多く含んでいる。自然オブジェクトの表面上では、数ミリメートルの特徴的な長さを有する典型的な構造がしばしば見られる。これは、樹皮、葉、衣類、および交通標識上の反射面を含んでいる。従って、障害物上のある点の遭遇したレーダー断面は、マイクロ波レーダー映像に比べて狭帯域路において、使用したレーダー映像により強く依存する。この情報を抽出し取り扱うことは、それをオブジェクトまたは障害物の検出と分類に使用することができること、を意味している。   The submillimeter wave image radar processes a scene (scenario) that is much larger than the wavelength of radiation used by all of the imaged parts. This is the opposite of conventional radar, where a typical imaging object has a typical size of several wavelengths, so only direct movement can be measured in phase Changes. As a result, submillimeter wave radar images contain more details of the surface properties of the imaging object than conventional radars. On the surface of a natural object, a typical structure with a characteristic length of a few millimeters is often found. This includes bark, leaves, clothing, and reflective surfaces on traffic signs. Therefore, the radar cross section encountered at a certain point on the obstacle depends more strongly on the radar image used in the narrow band path than the microwave radar image. Extracting and handling this information means that it can be used to detect and classify objects or obstacles.

上述のように、レーダー信号からの最大の情報は、空間スペクトル(オブジェクトがどの程度大きく、どの程度小さいか)、低周波数スペクトル(オブジェクトの小部分がオブジェクトに対してどのぐらい速く動くか)、IF周波数スペクトル(オブジェクト全体がレーダーシステムに対してどの程度速く動くか)および色、RF周波数スペクトル(オブジェクトの反射率がTHz周波数に伴ってどのように変化するか)、のような周期的成分における変動を用いることによって、抽出することができる。   As mentioned above, the maximum information from the radar signal is the spatial spectrum (how large and how small the object is), the low frequency spectrum (how fast the small part of the object moves relative to the object), IF Variations in periodic components such as frequency spectrum (how fast the entire object moves relative to the radar system) and color, RF frequency spectrum (how the reflectance of the object changes with THz frequency) Can be extracted.

この情報と以前に取得したフレームを考慮することにより、レーダーシステムに対して高速のオブジェクト判別ツールが提供される。このようなツールによって、システムノイズに最もネガティブな影響を与える、例えばIF周波数スペクトルを使用して、ドップラーレーダーに匹敵する情報を備える連続波レーダーに到達することを、避けることができる。   Considering this information and previously acquired frames provides a fast object discrimination tool for the radar system. With such a tool, it is possible to avoid reaching a continuous wave radar with information comparable to Doppler radar, for example using the IF frequency spectrum, which has the most negative impact on system noise.

反射を受信する全てのコヒーレントレーダーシステムは、そのノイズ等価反射率差(NERD)によって制限される。このNERDは、伝統的なレーダーシステムにおいて使用されるノイズ等価パワーよりも、この周波数レンジでより適している。これよりも小さな反射率差を検出することはできない。NERDを減少させることは実際のレーダーシステムを強化するために極めて重要である。   All coherent radar systems that receive reflections are limited by their noise equivalent reflectance difference (NERD). This NERD is more suitable in this frequency range than the noise equivalent power used in traditional radar systems. A reflectance difference smaller than this cannot be detected. Decreasing NERD is extremely important to strengthen the actual radar system.

NERDを強化するために、2つの基本的に異なる戦略がある。
1:所定の反射率差において獲得された測定信号の差を増加させること。単一の周波数上で動作させる代わりに、周波数バンドセット上で動作させることにより、所定の反射率差で受信した信号の差が、反射率が周波数依存性であると仮定すると、強化される。
2:測定システムのノイズを減少すること。単一の周波数上で動作させる代わりに、一組の周波数バンド上で動作させることにより、その結果として獲得したデータ量が二倍となり、従って、測定データ量を二倍以上に集積化し、ノイズを実質的に減少させて、オブジェクトの識別を可能とする。これは、ノイズはより集積化されることによってキャンセルされる傾向があるためである。
There are two fundamentally different strategies to enhance NERD.
1: To increase the difference in the measurement signal obtained at a given reflectance difference. By operating on a frequency band set instead of operating on a single frequency, the difference in signals received with a given reflectance difference is enhanced assuming that the reflectance is frequency dependent.
2: To reduce the noise of the measurement system. By operating on a set of frequency bands instead of operating on a single frequency, the resulting amount of data is doubled, thus integrating the measured data volume more than twice and reducing noise. Substantial reduction to allow object identification. This is because noise tends to be canceled by being more integrated.

測定システムのノイズのみならず、雨および雪によって生じたノイズを考慮することによって、周波数セットでの測定によってこのノイズの減少が可能となる。即ち、測定において相関する部分はオブジェクトのみである。雨による散乱および吸収は、強くランダムに周波数依存性である。   By taking into account not only the noise of the measurement system but also the noise caused by rain and snow, this noise can be reduced by measurements on the frequency set. That is, only the object is correlated in the measurement. Rain scattering and absorption is strongly random and frequency dependent.

周波数バンドのセット上で動作させることは、スペックル効果を実質的に取り除く。スペックルは、送信器とオブジェクトと受信器間の定常波によって生じる、全てのコヒーレントレーダーシステムの悪名の高い副産物である。スペックルフィルタリングは、通常、信号対ノイズ比と測定信号のダイナミックスに、相当な損失を与える。多重レーダーシステムは、充分に大きな数の周波数で動作する場合、如何なるスペックルフィルタをも必要としない。   Operating on a set of frequency bands substantially eliminates the speckle effect. Speckle is a notorious by-product of all coherent radar systems caused by standing waves between transmitter, object and receiver. Speckle filtering usually results in significant losses in the signal-to-noise ratio and the measurement signal dynamics. Multiple radar systems do not require any speckle filter when operating at a sufficiently large number of frequencies.

同じサブミリ波バンド内の多重設定の使用
フォールスカラー成分は、同様に、例えば、ピクセル解像度、集積時間および異なる設定で取られた映像および比較映像のIFビン設定を変化させることによって、得ることができる。これから、より正確なドップラー情報が、映像中の数点において入手可能である。より高い分解能で実施された等高線の抽出の後、この速度情報は高分解能等高線で区切られたオブジェクト全体に割り振られる。
Use false color components of multiple settings within the same submillimeter wave band can also be obtained, for example, by changing pixel resolution, integration time, and IF bin settings of video taken at different settings and comparison video . From this, more accurate Doppler information is available at several points in the video. After contour line extraction performed at a higher resolution, this velocity information is allocated to the entire object delimited by the high resolution contour lines.

システム部品:Txユニット
多色THzレーダーは複数セットの周波数乗算器または、周波数バンドセット内でオブジェクト照射のために大きな出力パワーを生成することができる、1個の乗算器セットを必要とする。自動車応用のために適切な周波数バンドは、水の吸収が受け入れ可能な程度に低い大気ウインドウによって決定された、350GHz、450GHzおよび515GHzである。連続波送信器は、位相ロックが使用された場合、より実用的である。何故なら、如何なるパルス応答もSAR技術を用いて得られたCW結果に基づいて計算することができる。さらに、パルス化された送信器データから位相情報を回収することは、サブミリ波周波数において技術的に遥かに困難である。
System components: Tx units Multicolor THz radars require multiple sets of frequency multipliers or one multiplier set that can generate large output power for object illumination within a frequency band set. Suitable frequency bands for automotive applications are 350 GHz, 450 GHz, and 515 GHz, as determined by an atmospheric window with low enough water absorption. Continuous wave transmitters are more practical when phase lock is used. Because any pulse response can be calculated based on the CW result obtained using the SAR technique. Furthermore, it is technically much more difficult to recover phase information from pulsed transmitter data at submillimeter frequencies.

システム部品:Rxユニット
多色THzレーダーの受信器側に対して、分数調波のミキサーステージが適切である。必要なLO周波数は、典型的に、2または3倍だけ低く、ミキサーをポンプするために利用できるパワーはより簡単に生成することができる。異なるカラーチャンネルの分離は、マーチンパプレット(Martin−Puplett)型ダイプレクサステージを、光学ビームスプリッタとして用いて行うことができる。ここで、信号の30%のみが測定信号を生成するために使用できる、吸収力のあるソルーションに比べて、入力多重周波数信号の殆ど80%を使用することができる。LOおよびFR部を3個の独立したユニットに分割することによって、全体のTHz放射パワーは3倍だけ増加し、これによって、システムの信号対ノイズを3の平方根、即ち、1.7だけ増加させる。
System parts: Rx unit A subharmonic mixer stage is suitable for the receiver side of multicolor THz radar. The required LO frequency is typically only 2 or 3 times lower, and the power available to pump the mixer can be generated more easily. Different color channels can be separated using a Martin-Puplett diplexer stage as an optical beam splitter. Here, almost 80% of the input multi-frequency signal can be used compared to an absorptive solution where only 30% of the signal can be used to generate the measurement signal. By dividing the LO and FR sections into three independent units, the total THz radiated power is increased by a factor of 3, thereby increasing the signal to noise of the system by the square root of 3, ie 1.7. .

その他のソルーションは、それぞれのRFバンドに対するそれぞれのRFソース信号上での単一のサイドバンドアップコンバータに基づいて、サイドバンド生成器を使用することである。それぞれのRFバンドに対して異なるサイドバンド変位を用いると、従来のミキサーのみが必要であり、種々のRFバンドは周波数多重化によってIF信号中に含まれる。   Another solution is to use a sideband generator based on a single sideband upconverter on each RF source signal for each RF band. With different sideband displacements for each RF band, only a conventional mixer is required and the various RF bands are included in the IF signal by frequency multiplexing.

ここでも、Rxユニットは周波数乗算器の複数のセットまたは、周波数バンドの1セット内でオブジェクト照射のためのかなりの出力パワーを発生することができる、単一の乗算器セットを必要とする。分数調波ミックスのための適切な周波数バンドは、175GHz、225GHzおよび257.5GHzである。これらの周波数バンドの何れも、互いに高調波ではなく、そのためRFクロストークは問題とはならない。   Again, the Rx unit requires multiple sets of frequency multipliers or a single set of multipliers that can generate significant output power for object illumination within one set of frequency bands. Suitable frequency bands for the subharmonic mix are 175 GHz, 225 GHz and 257.5 GHz. None of these frequency bands are harmonics of each other, so RF crosstalk is not a problem.

2D映像レーダーシステムは、利用可能な瞬間的IFバンド幅における非常に難しい要求を有しているので、信号−ノイズ比は問題となる。(RFバンド幅における制約はもっと緩やかである。)THz周波数セットにおいての同時測定によってのみ、これは満足することができ、それによって、バンド幅増加変調技術の使用を回避することができる。一方、周波数の1セットでの同時測定は、得られた直交データ量を乗算し、システムのノイズをさらに減少させる。   Since 2D video radar systems have very difficult requirements on the available instantaneous IF bandwidth, the signal-to-noise ratio is a problem. (The constraints on the RF bandwidth are more lenient.) This can only be satisfied by simultaneous measurements in the THz frequency set, thereby avoiding the use of bandwidth increase modulation techniques. On the other hand, simultaneous measurement at one set of frequencies multiplies the amount of orthogonal data obtained to further reduce system noise.

オブジェクトの反射率のRF周波数依存性を考慮すると、従来のレーザシステムよりも多くの情報が得られるので、更なる分類パワーが発生する。典型的なRF周波数スペクトルのライブラリを使用することによって、レーダーオブジェクトの分類が可能となる。特に、植物(葉っぱ)はTHz波長のオーダーの厚さを有している。従って、それらのエコーは周波数においてランダムとなる。数個の周波数チャンネル間の如何なる相関分析も、葉っぱによる全てのエコーを効果的に除去する。   Considering the RF frequency dependence of the reflectance of the object, more information is obtained than with conventional laser systems, thus generating further classification power. By using a typical library of RF frequency spectra, it is possible to classify radar objects. In particular, plants (leafs) have a thickness on the order of THz wavelengths. Therefore, these echoes are random in frequency. Any correlation analysis between several frequency channels effectively removes all echoes from the leaves.

コヒーレントベースとしてのみオブジェクト情報を有する数個の独立した周波数チャンネルによって、雨および雪に対する更なる抵抗を得ることができる。如何なる大気追加のノイズおよび雨/雪ノイズも、ランダム反射(時間および周波数において)として動作する。従って、周波数チャンネル対の間の相関関数は、レーダー信号から雪および雨を効果的に除去する。伝統的な(民生用の)レーダーシステムは、法的規制によって非常に制限されたバンド幅を有している。これは、サブミリ波レーダーには適用されない。完全な周波数空間を、ノイズを減少させるために使用することができる。   Further resistance to rain and snow can be obtained by several independent frequency channels with object information only as a coherent base. Any additional atmospheric noise and rain / snow noise behave as random reflections (in time and frequency). Thus, the correlation function between frequency channel pairs effectively removes snow and rain from the radar signal. Traditional (consumer) radar systems have bandwidths that are very limited by legal regulations. This does not apply to submillimeter wave radar. The complete frequency space can be used to reduce noise.

全てのコヒーレントレーダーシステムにおいて、送信器とオブジェクトと受信アンテナ間の定常波によって生じるスペックル効果を減少させることができる。この定常波パターンは極度に周波数依存性である。従って、数個の周波数チャンネルで操作することによって、全ての望ましくないスペックル効果を実質的に除去することができ、且つ、スペック除去フィルタを必要としなくなる。   In all coherent radar systems, speckle effects caused by standing waves between the transmitter, the object and the receiving antenna can be reduced. This standing wave pattern is extremely frequency dependent. Therefore, by operating on several frequency channels, all undesirable speckle effects can be substantially eliminated and no spec-removal filter is required.

図1および2:レーダーシステムの実施例の概略図
図1は、送信器および受信器部分10と、送信器に位相ロックされたコヒーレント復調器20とを含むシステムの一部分を示している。このシステムは、時変位相と、所定のピクセルに対してレーダーシステムの視野内のその点におけるコンテンツに依存する周期成分を含む振幅成分とを有する、ダウンコンバート信号を形成する。原則的に、この受信器および送信器は、たとえば、走査型或いはその他、1D、2Dまたは3D走査である、全てのタイプのものであり得る。そのレンジは、応用に適したどのようなレンジでも良く、従って、自動車用の応用では、100mレンジ或いはそれ以上が必要となる場合もあり、一方、医療用の走査または材料分析では数メートル或いは1メートル以下のレンジであり得る。位相ロックは種々の方法で実行でき、その幾つかの事例を以下で詳細に記載する。
1 and 2: Schematic diagram of an embodiment of a radar system FIG . 1 shows a portion of a system that includes a transmitter and receiver portion 10 and a coherent demodulator 20 that is phase locked to the transmitter. The system forms a down-converted signal having a time-varying phase and an amplitude component including a periodic component that depends on the content at that point in the radar system's field of view for a given pixel. In principle, the receiver and transmitter can be of all types, for example scanning or otherwise 1D, 2D or 3D scanning. The range can be any range suitable for the application, so automotive applications may require a 100 meter range or higher, while medical scanning or material analysis may be several meters or 1 It can be in the range of meters or less. Phase locking can be performed in various ways, some examples of which are described in detail below.

信号処理部30は、ダウンコンバート信号中の位相および振幅情報からコンテンツに関する情報を識別することができる。信号処理は、オフライン或いはリアルタイムの如何なる方法でも、汎用プロセッサに対するソフトウエアにおいて、或いはそれぞれの応用に対するコスト、速度、パワー消費およびその他の範疇に適した、その他の従来技術において実行することができる。   The signal processing unit 30 can identify information related to the content from the phase and amplitude information in the down-converted signal. Signal processing can be performed in any way, offline or in real time, in software for a general purpose processor, or in other conventional techniques suitable for cost, speed, power consumption and other categories for each application.

図2は他の実施例を示し、この実施例は図1に類似しているが、図1のそれぞれの部分の一実施方法をさらに詳細に示している。送信器はオブジェクト70を照射し、その反射は受信器90によって受信される。RF1,RF2およびRF3として示される異なるサブミリ波バンドで、複数の狭帯域走査が実施される。復調器110は、送信器および復調器に信号を供給するローカル発振器100によって、送信器に位相ロックされている。復調器は種々のバンドを選択的に復調し、例えば、連続するラインまたはコラムまたはフレームにおいて並列ストリームとして或いは直列に、中間周波数IF信号を出力することができる。 FIG. 2 shows another embodiment, which is similar to FIG. 1, but shows one implementation of each portion of FIG. 1 in more detail. The transmitter illuminates the object 70 and its reflection is received by the receiver 90. Multiple narrowband scans are performed in different submillimeter wave bands, denoted as RF 1 , RF 2 and RF 3 . Demodulator 110 is phase locked to the transmitter by a local oscillator 100 that provides signals to the transmitter and demodulator. The demodulator can selectively demodulate the various bands and output an intermediate frequency IF signal, for example, as a parallel stream or in series in successive lines or columns or frames.

スペクトル分析器150は、全IFバンドの選択された部分に対するそれぞれのピクセルに対して、多くのスペクトルを出力する。このスペクトルは、周波数変換またはその他の変換を受けても良い。スペクトルに対して、3個の“ビン”が示されており、そこには数千または数万のピクセルが存在し得るので、明確化のためにその内の数個が示されている。スペクトル150は、RFバンド1とIFバンド1のためである。スペクトル160は、RFバンド1とIFバンド2のためである。スペクトル170は、RFバンド2とIFバンド1のためであり、以下同様である。   The spectrum analyzer 150 outputs a number of spectra for each pixel for a selected portion of the entire IF band. This spectrum may undergo a frequency transformation or other transformation. For the spectrum, three “bins” are shown, where there can be thousands or tens of thousands of pixels, some of which are shown for clarity. Spectrum 150 is for RF band 1 and IF band 1. Spectrum 160 is for RF band 1 and IF band 2. Spectrum 170 is for RF band 2 and IF band 1, and so on.

部分180はこれらのスペクトルを処理して、コンテンツの揺れ、スペックルパターンおよび表面層干渉効果によって生じる、コンテンツに特有の特徴を抽出する。複数の等高線マップの形状の未加工の結果が、記憶装置220に格納され、部分200によるオブジェクト検出および分類を受ける。これは、オブジェクトモデルライブラリ200に従って、それらの特徴または閾値を比較することができる。望ましいコンテンツオブジェクトは強化され、望ましくないノイズ(反射波)は縮小されあるいは取り除かれる。この結果として、映像230がコンテンツを示すようになる。   Portion 180 processes these spectra to extract content specific features caused by content swings, speckle patterns and surface layer interference effects. The raw results of the shapes of the plurality of contour maps are stored in the storage device 220 and subjected to object detection and classification by the portion 200. This can compare their features or thresholds according to the object model library 200. Desired content objects are enhanced and unwanted noise (reflected waves) is reduced or eliminated. As a result, the video 230 shows content.

図3は、視野FOVを走査するための走査ステップ240から始まる、他の実施例の動作ステップを示す。次に、受信された信号はステップ250において、コヒーレントに復調される。ステップ260において、ダウンコンバート信号は、時間ドメインから変換されて周波数または類似のスペクトルを生成し、周期成分における変化を強調する。ステップ270において、コンテンツに特有の特徴は、例えば、種々のタイプの相関によって抽出される。オブジェクトは、ステップ290においてモデルと比較することによって分類され、その特徴および分類は、ステップ300において出力され、全ての目的のために使用される。幾つかの事例としては、例えば、映像出力、警報、運転者が車両を制御することを支援する制御信号がある。   FIG. 3 shows the operational steps of another embodiment starting with a scanning step 240 for scanning the field of view FOV. The received signal is then coherently demodulated at step 250. In step 260, the down-converted signal is transformed from the time domain to produce a frequency or similar spectrum, highlighting changes in periodic components. In step 270, content-specific features are extracted, for example, by various types of correlations. The object is classified by comparing it with the model at step 290, and its features and classification are output at step 300 and used for all purposes. Some examples include video output, alarms, and control signals that assist the driver in controlling the vehicle.

図4:他の実施例に係るシステム図
図4は、トップラインに伝送チェーンを有するサブミリ波システムを示す。これは、RF発生器310を含み、この発生器は、異なるサブミリ波バンドに対して11−14GHzオーダーの種々の異なる発振周波数を受信し、送信アンテナ315を駆動するために350から515GHzの駆動信号を出力するように構成されている。送信アンテナ315は、例えばホーンアンテナか、または、当業者にとって既知である他のアンテナであっても良い。部分320は、視野をカバーするように伝送ビームを方向付けし且つ走査する。原則として、送信または受信ビームは、“ステアリング”、即ち、走査されない広角ビームとすることができる。
FIG. 4: System according to another embodiment FIG . 4 shows a submillimeter wave system with a transmission chain on the top line. This includes an RF generator 310 that receives a variety of different oscillation frequencies on the order of 11-14 GHz for different submillimeter wave bands and a driving signal of 350 to 515 GHz to drive the transmit antenna 315. Is configured to output. Transmit antenna 315 may be, for example, a horn antenna or other antennas known to those skilled in the art. Portion 320 directs and scans the transmission beam to cover the field of view. In principle, the transmit or receive beam can be “steering”, ie a wide-angle beam that is not scanned.

部分340は受信ビームをFOV上で成形し且つ走査する。受信アンテナ335は、350から515GHzで受信した信号をダウンコンバートし、これをミキサー345に供給する。このミキサーは分数調波ミキサーであっても良く、LO発生器部分330からのローカル発振信号が供給される。このローカル発振信号は、周波数およびタイミング制御部分325によって、送信器で使用される同じ発振信号に位相ロックされている。LO発生器部分は、11から14GHzの位相ロック発振信号をとり入れ、175から258GHzの周波数をミキサーに出力することができる。このミキサーは、0から11.8GHzの範囲のダウンコンバートIF信号を、IF処理部分350に出力することができる。これは、映像処理部分355に供給され、映像処理部分335はユーザインターフェースまたは更なる処理部分に信号を供給する。   Portion 340 shapes and scans the receive beam on the FOV. The receiving antenna 335 down-converts the signal received at 350 to 515 GHz and supplies it to the mixer 345. This mixer may be a subharmonic mixer and is supplied with a local oscillation signal from the LO generator section 330. This local oscillation signal is phase locked by the frequency and timing control portion 325 to the same oscillation signal used at the transmitter. The LO generator part can take in a phase-locked oscillation signal from 11 to 14 GHz and output a frequency from 175 to 258 GHz to the mixer. This mixer can output a down-converted IF signal in the range of 0 to 11.8 GHz to the IF processing portion 350. This is supplied to the video processing portion 355, which supplies signals to the user interface or further processing portion.

図5,6および7:周波数およびタイミング制御の概略図
図5は、図1,2,3または4のシステムの実施例またはその他の実施例において使用するために、図4の周波数およびタイミング制御部分325をどのようにして実現するかの一例を示す。共通または基準発振信号が、安定源から部分M/N位相ロックループ375に供給され、このループ375は安定源の周波数M/Nの信号であって安定源と固定された位相関係にある信号を出力する。この出力は分岐され、一方の経路は他の位相ロックループM1/N1・380を介してRF発振部分310に向かい、11から14GHzの信号を供給する。他方の経路は、他の位相ロックループ発生器M2/N2・385を介してLO発生器330に向かい、11から14GHzの信号を供給する。この信号は、コヒーレントな復調を生じるために、共通源と送信器に供給される信号とに対して固定位相関係にある。LO発生器に向う信号は、僅かに異なった周波数であり、そのため、その相違がミキサー出力バンドを生じる。この相違は、値N1,M1,N2,M2の選択に依存し、その相違が変化するステップサイズは、NおよびMに依存する。図示しないレーダーシステムに対する制御コンピュータを、これらの値を設定しあるいは変更するために使用することができる。部分375は、LOおよびRF出力間の相違を変化させることができるステップを設定する。実際のRF周波数は、部分375と380の積であり、LOは部分375と385の積である。M、Nの選択は、周波数発生器の出力380と385間の周波数差を測ることができる、目盛りを与える。(このM/N*Foscは、PLLにおいて使用されている通常固定されているクオーツ基準に取って代わり、より柔軟でプログラム可能なRFバンド構造を可能とする。)310および330に伝送される周波数は、従って、
M*M1/(N*N1)*Fosc、および
M*M2/(N*N2)*Fosc
によって与えられる。
FIGS. 5, 6 and 7: Schematic diagram of frequency and timing control FIG . 5 shows the frequency and timing control portion of FIG. 4 for use in the system embodiment of FIG. 1, 2, 3 or 4 or other embodiments. An example of how to implement 325 is shown. A common or reference oscillation signal is supplied from a stable source to a partial M / N phase-locked loop 375, which is a signal having a frequency M / N of the stable source and having a fixed phase relationship with the stable source. Output. This output is branched and one path is directed to the RF oscillating portion 310 via the other phase-locked loop M1 / N1 · 380 to provide a 11 to 14 GHz signal. The other path is directed to LO generator 330 via another phase-locked loop generator M2 / N2 · 385 and provides a 11 to 14 GHz signal. This signal is in a fixed phase relationship with the common source and the signal supplied to the transmitter in order to produce coherent demodulation. The signal going to the LO generator is at a slightly different frequency, so the difference creates a mixer output band. This difference depends on the selection of the values N1, M1, N2, M2, and the step size at which the difference changes depends on N and M. A control computer for the radar system, not shown, can be used to set or change these values. Portion 375 sets the steps that can change the difference between the LO and RF outputs. The actual RF frequency is the product of parts 375 and 380, and LO is the product of parts 375 and 385. The choice of M, N gives a scale that can measure the frequency difference between the output 380 and 385 of the frequency generator. (This M / N * Fosc replaces the normally fixed quartz standard used in PLLs and allows for a more flexible and programmable RF band structure.) Frequency transmitted to 310 and 330 Therefore,
M * M1 / (N * N1) * Fosc and M * M2 / (N * N2) * Fosc
Given by.

LOおよびRF源によって最終的に発生する周波数は、その結果、
M*M1/(N*N1)*Q*Fosc、および
M*M2/(N*N2)*Q*Fosc
によって決定される。
ここで、入力周波数はFoscであり、因子Qは周波数乗算器ブロックにおける固定されたハードウエア構造によって与えられる。
The final frequency generated by the LO and RF sources is then:
M * M1 / (N * N1) * Q * Fosc and M * M2 / (N * N2) * Q * Fosc
Determined by.
Here the input frequency is Fosc and the factor Q is given by a fixed hardware structure in the frequency multiplier block.

“位相チェック時間”は可能な限り同調していないので、因子M,N,M1,N1,M2,N2を一対の素数として選択することにより、非常に効率的な方法で位相ノイズを減らすことができる。さらに、これによって、同一のまたは分数調波周波数における信号のクロストークによって引起される、実態のない応答を避けることができる。この構成は特に興味深い。何故なら、これは、少なくとも幾つかの主要な周波数(上記PLLで使用される)がIF周波数として使用される場合に、大きなIF範囲にわたってIF相関を計算するために、有用である。主要周波数M*M1/(N*N1)*Fosc、M*M2/(N*N2)*Q*Fosc、M*M1/(N*N1)*Q*Fosc、M*M2/(N*N2)*FoscおよびM/N*Foscを解析IF領域の外に移動させることは、システムのダイナミックレンジを増加させる。   Since the “phase check time” is not tuned as much as possible, selecting the factors M, N, M1, N1, M2, and N2 as a pair of prime numbers can reduce phase noise in a very efficient manner. it can. In addition, this avoids unrealistic responses caused by signal crosstalk at the same or subharmonic frequencies. This configuration is particularly interesting. This is useful for calculating IF correlation over a large IF range when at least some major frequencies (used in the PLL above) are used as IF frequencies. Main frequency M * M1 / (N * N1) * Fosc, M * M2 / (N * N2) * Q * Fosc, M * M1 / (N * N1) * Q * Fosc, M * M2 / (N * N2) ) Moving * Fosc and M / N * Fosc out of the analysis IF region increases the dynamic range of the system.

図6および7は、図5において使用するための位相ロックループ発生器380または385を実現するための代替的な実施例を示す。図6は位相ロックループを示す。周波数分割器400は入力の周波数を因子Nによって分割する。これは、位相比較器405の1入力に供給される。その出力は位相誤差であって、これは電圧制御発振器410を調整するために供給される。この出力は、周波数分割器415に供給されてその周波数を因子Mによって分割し、それを位相比較器の他の入力に供給する。このことは、VCO410の出力が安定で且つ入力信号の位相ロック周波数M/Nを有することを意味している。MとNは、それらが互いにロックしあわないように、共通の因子を持たず且つ互いに対して素数であるように選択されるべきである。個別の電力を異なる部分に対して供給し、多くの更新ポイントは時間上で等しく広がっているため、LOおよび送信器間で良い位相関係を維持するために、個別の電力を提供すべきである。   FIGS. 6 and 7 show alternative embodiments for implementing a phase locked loop generator 380 or 385 for use in FIG. FIG. 6 shows a phase locked loop. The frequency divider 400 divides the input frequency by a factor N. This is supplied to one input of the phase comparator 405. Its output is a phase error, which is provided to tune the voltage controlled oscillator 410. This output is fed to frequency divider 415 to divide its frequency by factor M and feed it to the other input of the phase comparator. This means that the output of the VCO 410 is stable and has the phase lock frequency M / N of the input signal. M and N should be chosen so that they do not have a common factor and are prime to each other so that they do not lock together. Since individual power is supplied to different parts and many update points are spread equally over time, separate power should be provided to maintain a good phase relationship between LO and transmitter .

図7は、図6の位相ロックループと同様の構成を有するが、しかし、VCO410の後の周波数乗算器411が制御ループの一部である、代替例を示している。この乗算器は周波数を、一例では36である、因子Qだけ乗算する。乗算器の出力は全体の出力であり、この出力は、さらに、ファブリペローの“シャープ”バンドパスフィルタ412、電力検出器413、フィルタされた電力とフィルタされない電力との比を検出するための部分414およびその後に続くVCO416のチェーンを介して、位相比較器の第2の入力にフィードバックされる。第2の電力(パワー)検出器417は、バンドパスフィルタの前に電力を検出するために設けられている。全体の出力は、入力の周波数QM/Nにおける位相ロック信号である。これは、RFまたはLO発生器の幾つかの増倍ステージを、分数周波数発生器に実質的に組み込む。これは、乗算器によって導入された位相誤差を減らす助けをするが、より複雑な分数周波数発生器を製作するという犠牲を払う。図6または7において、値MおよびNは制御コンピュータによってプログラム可能であり、フレームを異なるRF周波数で連続的にとる必要がある、単一周波数レーダーを使用した場合、サブミリ波バンドのどの部分が現在の映像に使用されているかを決定する。真の多色システムに対して、数個の送信器および受信器が、異なるRF周波数で映像を同時に得るために、必要である。   FIG. 7 shows an alternative example that has a similar configuration to the phase-locked loop of FIG. 6, but the frequency multiplier 411 after the VCO 410 is part of the control loop. This multiplier multiplies the frequency by a factor Q, which in one example is 36. The output of the multiplier is the total output, which in turn is a Fabry-Perot “sharp” bandpass filter 412, a power detector 413, a part for detecting the ratio of filtered and unfiltered power. It is fed back to the second input of the phase comparator via 414 and the subsequent chain of VCOs 416. A second power detector 417 is provided to detect power before the band pass filter. The overall output is a phase locked signal at the input frequency QM / N. This substantially incorporates several multiplication stages of the RF or LO generator into the fractional frequency generator. This helps reduce the phase error introduced by the multiplier, but at the cost of making a more complex fractional frequency generator. In FIG. 6 or 7, the values M and N are programmable by the control computer, and when using a single frequency radar where the frames need to be taken continuously at different RF frequencies, which part of the submillimeter wave band is currently To determine if it is used in the video. For a true multicolor system, several transmitters and receivers are necessary to obtain images simultaneously at different RF frequencies.

MおよびNの実際の値は、特定のフレームの測定設定に対するレシピを受けて、レーダーシステムの制御コンピュータによってプログラム可能である。“単純な”位相ロックループ(PLL)構造が図6に見られる。位相比較器405から開始する。この位相比較器は、入力信号の位相差に比例した信号を生成する。従ってそれは、両方の入力における信号が同じ周波数を有し、従って一定の位相差を有する場合、一定電圧を生成する。両方の入力の周波数が異なる場合、入力における位相差は時間と共に直線的に増大する(または減少する)(実際に、位相差を、2πを法としてとった場合、結果として鋸歯状信号となる)。この位相検出器出力においてフィルタを使用することにより、高いチャンネルよりも、低い入力チャンネルが低い(高い)周波数を搬送している場合、位相検出器出力の平均値がポジティブ(ネガティブ)となることを確認する必要がある。この信号を電圧制御発振器(VCO)410に供給することにより、大きな(小さな)入力電圧は結果として高い(低い)周波数を生じ、その結果(分割器415を用いてプログラム可能な因子Mによって分割した後)、位相検出器405の低入力側において周波数が増加(減少)し、第1の場所で見出された周波数不一致が実質的に修正される。安定している場合、VCO410によって生成された周波数は、位相検出器405の上部入力において見出される周波数よりもM倍大きい。この上部の入力周波数は、それ自身で、周波数分割器400を用いてNによって分割された入力周波数Finによって与えられる。従って、PLLがロックされた、即ち、位相検出器の出力周波数がスムースでより長い時間に対して鋸歯列を含まないという仮定の下に、出力周波数はM/N*Finとなる。出力M/N*Finにおける周波数が、(今日の周波数分割器技術を用いて)数10GHzに制限される。サブミリ波周波数を作り出すために、このPLLの出力に因子Qによる固定乗算器チェーンを追加する必要がある。これによって、乗算器によって生成された位相ノイズが“ループ外”となり、従って、PLLフィルタによって減衰されることはない。   The actual values of M and N are programmable by the radar system's control computer, receiving a recipe for the measurement settings for a particular frame. A “simple” phase-locked loop (PLL) structure can be seen in FIG. Start with phase comparator 405. This phase comparator generates a signal proportional to the phase difference of the input signal. It therefore produces a constant voltage when the signals at both inputs have the same frequency and thus a constant phase difference. If the frequencies of both inputs are different, the phase difference at the input will increase (or decrease) linearly with time (in fact, the phase difference modulo 2π will result in a sawtooth signal). . By using a filter at this phase detector output, the average value of the phase detector output is positive (negative) when the lower input channel carries a lower (higher) frequency than the higher channel. It is necessary to confirm. By supplying this signal to a voltage controlled oscillator (VCO) 410, a large (small) input voltage results in a high (low) frequency, which is then divided by a factor M that can be programmed using divider 415. Later), the frequency increases (decreases) on the low input side of the phase detector 405, and the frequency mismatch found at the first location is substantially corrected. When stable, the frequency generated by VCO 410 is M times greater than the frequency found at the top input of phase detector 405. This upper input frequency is itself given by the input frequency Fin divided by N using the frequency divider 400. Thus, under the assumption that the PLL is locked, i.e. the output frequency of the phase detector is smooth and does not include a sawtooth row for a longer time, the output frequency is M / N * Fin. The frequency at the output M / N * Fin is limited to tens of GHz (using today's frequency divider technology). In order to create a submillimeter wave frequency, it is necessary to add a fixed multiplier chain with a factor Q to the output of this PLL. This makes the phase noise generated by the multiplier “out of the loop” and therefore not attenuated by the PLL filter.

図7の代替的な方法は、実質的に、周波数ロックループ(FLL)である。何故なら、位相は直接的にロックされることはなく、周波数ロッキングを通して間接的にロックされるのみであるから。このようなFLL発生器構成を使用した場合、入力周波数と出力周波数との間の位相関係は、長い時間にわたって、ゆっくりと滑ることに注意すべきである。従って、基準チャンネルを用意する必要があり、ダウンコンバータステージを二重にする必要がある。その結果、基準位相と測定位相が入手可能となり、その差がターゲットへの位相遅延を生成する。ここで、VCO410の出力は、乗算器411において因子Qだけ乗算される。この出力信号は、興味のあるRF周波数の間隔の外に中心を有する、シャープなバンドパスフィルタを使用して分析することができる。電力検出器417を用いて、シャープなバンドパスフィルタからの信号を全体の出力と比較すると、“シャープ”と“ワイド”即ちフィルタされていない出力間の比は、RF周波数の増加と共に増加する制御電圧を生成する。この周波数依存電圧は、第2のVCO414に配送され、そこで、より低い基準周波数が生成され、これによって図6に示すのと類似の方法でループがクローズされる。   The alternative method of FIG. 7 is essentially a frequency locked loop (FLL). Because the phase is not directly locked, it is only indirectly locked through frequency locking. It should be noted that when such an FLL generator configuration is used, the phase relationship between the input frequency and the output frequency slips slowly over time. Therefore, it is necessary to prepare a reference channel, and it is necessary to double the down converter stage. As a result, the reference phase and the measurement phase become available and the difference creates a phase delay to the target. Here, the output of VCO 410 is multiplied by factor Q in multiplier 411. This output signal can be analyzed using a sharp bandpass filter centered outside the RF frequency interval of interest. When using a power detector 417 to compare the signal from a sharp bandpass filter to the overall output, the ratio between the “sharp” and “wide” or unfiltered output increases with increasing RF frequency. Generate voltage. This frequency dependent voltage is delivered to the second VCO 414, where a lower reference frequency is generated, which closes the loop in a manner similar to that shown in FIG.

一連の基本的な相違がある。吸収された全電力にのみ依存する、ローパスフィルタされた変数を使用すること(413において)は、入力および出力周波数間の位相関係を破壊する。   There are a series of basic differences. Using a low-pass filtered variable that depends only on the total power absorbed (at 413) destroys the phase relationship between the input and output frequencies.

図8、9:RF発生器部分およびLO発生器部分システム実施例
図8は、図4またはその他の実施例において使用するための、RF発生器部分310の可能な実装を示す。位相ロック発振器信号は、12GHz入力増幅器450に供給される。これは、10−16GHz信号を直列に接続した、x2x2乗算器と増幅器455および乗算器460に供給され、x2の3段階の更なる周波数乗算を与える。最後に、導波フィルタ465は、320−512GHz信号を取得し、350GHzにカットオフを適用する。他の値を、その他のサブミリ波バンドを生成するために使用することができる。
FIGS. 8 and 9: RF Generator Portion and LO Generator Portion System Embodiment FIG. 8 shows a possible implementation of the RF generator portion 310 for use in FIG. 4 or other embodiments. The phase locked oscillator signal is supplied to a 12 GHz input amplifier 450. This is fed to an x2x2 multiplier and amplifier 455 and multiplier 460, connected in series with a 10-16 GHz signal, to provide a further frequency multiplication of x2 in three stages. Finally, the waveguide filter 465 acquires the 320-512 GHz signal and applies a cutoff to 350 GHz. Other values can be used to generate other submillimeter wave bands.

図9は、LO発生器部分の概略図を示し、このLO発生器部分は、類似のチェーンにおいて対応する部分を有するが、しかし、分数調波ミキサーが使用された場合に適している周波数の半分のエンド出力を有している。位相ロック発振器信号が12GHz入力増幅器480に供給される。これは、10−16GHz信号を、直列に接続されたx2x2乗算器と増幅器485および乗算器490に供給して、更なるx2の2段階周波数乗算を実現する。最後に、導波フィルタ495は160−256GHz信号を取得し、175GHzのカットオフを適用する。他の値を他のサブミリ波バンドを復調するために用いることができる。   FIG. 9 shows a schematic diagram of the LO generator part, which has a corresponding part in a similar chain, but half the frequency that is suitable when a subharmonic mixer is used. End output. A phase locked oscillator signal is provided to a 12 GHz input amplifier 480. This provides a 10-16 GHz signal to an x2x2 multiplier and amplifier 485 and multiplier 490 connected in series to achieve further x2 two-stage frequency multiplication. Finally, waveguide filter 495 obtains the 160-256 GHz signal and applies a 175 GHz cutoff. Other values can be used to demodulate other submillimeter wave bands.

図10および11:同じシステム実施例に対するIF処理部350
図10は、IQミキサー505に給電するLO2発生器500を含む実装を示している。このミキサーの第2の入力には、同様に、入力増幅器515およびそれに直列に続く入力フィルタ510を介した、ミキサー345からの信号が供給される。IQミキサーの出力は、65MHzの複合信号であり、図11にその詳細を示すIF2プロセッサ520に供給される。図10および11に示す部分は、サンプラーが回路の適切な点に含まれていた場合、デジタルドメインにおいて実装することができる。
10 and 11: IF processor 350 for the same system embodiment
FIG. 10 shows an implementation that includes a LO2 generator 500 that feeds an IQ mixer 505. The mixer's second input is similarly supplied with a signal from the mixer 345 via an input amplifier 515 and an input filter 510 in series therewith. The output of the IQ mixer is a 65 MHz composite signal which is supplied to an IF2 processor 520 whose details are shown in FIG. The parts shown in FIGS. 10 and 11 can be implemented in the digital domain if the sampler was included at the appropriate point in the circuit.

図11はIF2プロセッサ520の可能な実装を示す。入力は65MHzレンジセレクタ560に供給され、次に、入力フィルタ555を介して別のIQミキサー580に供給される。このミキサーへのその他の入力は、LO2発生器550からであって、この発生器550は0−65MHzレンジの信号を供給する。このミキサーは、デシメーションおよびスムージングによるノイズ低減のために使用される有限応答フィルタ565に、出力範囲(レンジ)44.1kHzの信号を出力する。適切な集積回路の一例は、Analog Devices AD6620チップである。これは、入力信号の完全な直交復調を達成するために必要とされる、有限応答フィルタ570に給電し、次に、データデシメーションおよびノイズ抑制のために使用される自動相関器575に給電する。この構成は非常に伝統的なものであり、例えば、GSMモービルステーションにおいて使用されている。データデシメーションの目的は、ADコンバータによって提供されるビットの実際的な数を増加させることである。この三重フィルタ構造を使用することにより、12ビットコンバータが物理的に22ビット複合データを生成することが可能となる。これらのFIRフィルタの第3番目のものは、サイドバンド(側波帯)が相関されるや否や(植物の微小な動きにおいて、エコーは正味の周波数変位が0である)、上部および下部サイドバンド信号を相関解除するためにも使用することができる。   FIG. 11 shows a possible implementation of the IF2 processor 520. The input is supplied to a 65 MHz range selector 560 and then supplied to another IQ mixer 580 via an input filter 555. The other input to the mixer is from the LO2 generator 550, which provides a signal in the 0-65 MHz range. This mixer outputs a signal having an output range (range) of 44.1 kHz to a finite response filter 565 used for noise reduction by decimation and smoothing. An example of a suitable integrated circuit is the Analog Devices AD6620 chip. This powers the finite response filter 570 required to achieve full quadrature demodulation of the input signal, and then powers the autocorrelator 575 used for data decimation and noise suppression. This configuration is very traditional and is used, for example, in GSM mobile stations. The purpose of data decimation is to increase the practical number of bits provided by the AD converter. By using this triple filter structure, a 12-bit converter can physically generate 22-bit composite data. The third of these FIR filters is the upper and lower sidebands as soon as the sidebands are correlated (the echo has a net frequency displacement of zero in small plant movements). It can also be used to decorrelate the signal.

図12および13:映像処理部の実装
図12および13は、図4のシステムまたはその他の実施例に対する、映像プロセッサ355の実装の部分を示す。IF2プロセッサからの加工されていないIF信号は、シーケンスのそれぞれのピクセルにおけるスペクトルを表す、周波数ドメイン信号列である。フレーム発生器への入力は同様に、全ての(送信器および受信器)アンテナビームの位置までの時間に関係する、他の信号列である。フレーム発生器は、アンテナビーム位置と時間との間のこの関係を、ビーム位置データを、(2+n)D映像を実質的に生成する(ビーム位置が、2Dエリアを時間と共にスイープするという仮定の下で)IFデータストリームに割当てるために、使用する。Nは、次元の追加数を表す。例えば、n=1は、それぞれの映像ピクセルがIFスペクトルからなり、n=2は(それぞれのピクセルがIFスペクトルであることに加えて)照射ソースの1Dスイープがあった場合に結果として生じ、n=3は、RF周波数スイープと共に照射の2Dスイープまたは1Dスイープを使用する場合に獲得され、n=4は、RF周波数スイープと共に2D照射スイープを使用する結果を生じる。以下のパラメータの全てまたは一部分を変更することができる。
FIGS. 12 and 13: Video Processor Implementation FIGS. 12 and 13 show the implementation of the video processor 355 for the system of FIG. 4 or other embodiments. The unprocessed IF signal from the IF2 processor is a frequency domain signal sequence that represents the spectrum at each pixel of the sequence. The input to the frame generator is also another signal sequence related to the time to the position of all (transmitter and receiver) antenna beams. The frame generator generates this relationship between antenna beam position and time, effectively generating beam position data and (2 + n) D video (under the assumption that the beam position sweeps the 2D area over time. Used to assign to the IF data stream. N represents the number of additional dimensions. For example, n = 1 results in each image pixel consisting of an IF spectrum and n = 2 results in a 1D sweep of the illumination source (in addition to each pixel being an IF spectrum), n = 3 is obtained when using a 2D or 1D sweep of illumination with an RF frequency sweep, and n = 4 results in using a 2D illumination sweep with an RF frequency sweep. All or part of the following parameters can be changed.

・スイープの受信(即ち、“映像”)は、フレームの主要次元である。
・スイープの送信(即ち、“放射”)
・RF周波数スイープ
・IF周波数ビン(並列受信信号プロセッサを用いて読取る)
・偏光スイープ
・アンテナビームパターンスイープ(即ち、“焦点深度”)
Sweep reception (ie, “video”) is the main dimension of the frame.
• Sweep transmission (ie “radiation”)
RF frequency sweep IF frequency bin (read using parallel receive signal processor)
• Polarization sweep • Antenna beam pattern sweep (ie “depth of focus”)

このような高次元のデータ構造は、“フレーム”と見なされる。以下の分析は、この統合された表現“フレーム”に頼っている。   Such a high-dimensional data structure is regarded as a “frame”. The following analysis relies on this integrated representation “frame”.

複合データのこの(2+n)Dフレームから開始することによって、それぞれのピクセルが、追加の全てのサブセットに或いは全ての次元で見出されるデータのサブセットに適用される、ある“フィルタ関数”または“コスト関数”の結果によって与えられる、スカラーで、ポジティブな限定的2D映像を発生する、1セットのフィルタが提供される。て関数グループにグループ分けされる典型的な“コスト関数”セットが、直感的に存在する。   By starting from this (2 + n) D frame of composite data, each "pixel function" or "cost function" where each pixel is applied to all additional subsets or to a subset of data found in all dimensions A set of filters is provided that produces a scalar, positive, limited 2D image given by There is an intuitive “cost function” set that is grouped into function groups.

1.従って、(2+n)Dフレーム発生器は、フレームメモリ610における関連する位置をそれぞれのピクセルに対するスペクトル情報で充填する。それぞれのスペクトルは、所定数のフレームの時間ウインドウに渡って決定され、そして、この時間フレームは、次のフレームのスペクトルを決定するために、1フレーム時間だけ時間をスライドする。フレームメモリは、以下で説明するように、関連する多くのデバイスによってアクセスされる。全ての動きの期間がフレーム間隔よりも遅いと仮定して、   1. Thus, the (2 + n) D frame generator fills the relevant locations in the frame memory 610 with spectral information for each pixel. Each spectrum is determined over a time window of a predetermined number of frames, and this time frame slides in time by one frame time to determine the spectrum of the next frame. The frame memory is accessed by a number of related devices, as described below. Assuming that all motion periods are slower than the frame interval,

1.IF相関器615は、ビーム軸中のオブジェクトの動きを示すであろう、IF中のドップラーシフトを探す。これは、以前のフレームからの同じピクセルのスペクトルとの自動相関を含み、それによって、スペクトル中のピークの周波数を決定し、且つ、このピークがコンテンツフラターの周波数特性を伴って移動しているか否かを決定する。これは、一旦全てのピクセルが処理されるとフォールスカラーを形成して、共通の特徴的フラター周波数を有する映像エリアを示すために、アダプティブフィルタ635を介して送られる、出力を提供する。   1. The IF correlator 615 looks for Doppler shifts in the IF that will indicate the motion of the object in the beam axis. This includes auto-correlation with the spectrum of the same pixel from the previous frame, thereby determining the frequency of the peak in the spectrum and whether this peak is moving with the frequency characteristics of the content flutter Decide whether or not. This provides an output that is sent through the adaptive filter 635 to form a false color once all the pixels have been processed and to show video areas with a common characteristic flutter frequency.

2.確立された映像フィルタリング実践に続いて、現在のピクセルの周りで移動する64×64グリッドのピクセルを用いて、空間相関を、ピクセル相関器620によって実行するが、この場合、これは、各ピクセルにおけるスペクトルの空間フィルタリングであり、それぞれのピクセルの単なる振幅情報ではない。全てのピクセルが処理されると、次に、アダプティブフィルタ640が他のフォールスカラー映像を作成して、スペクトルにおける共通する特徴的な空間バリエーションを有する映像エリアを示す。このデータフィールドは、このように、且つ、ピクセル投影エリアがフレームのそれぞれのピクセルまたはピクセルグループの近辺についての情報を提供するので、隣接するピクセル間の比較を可能とする。このようなデータは、等高線と、“網膜”と言うニックネームを与える人間の視覚システムにおける視覚野に似た、オブジェクト抽出のために必要である。   2. Following established video filtering practices, spatial correlation is performed by the pixel correlator 620 using a 64 × 64 grid of pixels moving around the current pixel, which in this case is It is a spatial filtering of the spectrum, not just amplitude information for each pixel. Once all the pixels have been processed, adaptive filter 640 then creates another false color image to show the image area with the common characteristic spatial variation in the spectrum. This data field thus allows comparison between adjacent pixels, as the pixel projection area provides information about the vicinity of each pixel or pixel group of the frame. Such data is necessary for object extraction similar to the visual cortex in the human visual system that gives contour lines and the nickname “retina”.

3.フレーム相関部625によって時間的相関関係が提供され、これは、所定のピクセルのスペクトルが時間上で変化するに伴う、時間的繰り返しまたはパターンを探す。その後、一旦全てのピクセルが処理されると、アダプティブフィルタ645が別のフォールスカラー映像を形成して、スペクトルにおける共通で且つ特徴的な時間的変化を有する、映像エリアを示す。これは、“メモリ”に似た機能として要約され、この機能は、それぞれのピクセルにおいてピクセル相関時間として見出される典型的な持続時間を生じる。このフィルタは、スペックル強度と周期性をもたらし、通常、スペクトルおよび擬似的なスペクトル法を用いて評価される。ピクセルの擬似的なスペクトルコンテンツは、それ故、葉っぱのフラターおよび微小移動信号をもたらす。このようなオペレーションは、このユニットに対してニックネーム“メモリ”を生じる、以前のフレームと実際のものとの間の相関関係が必要である。種々のフレームを時間上で比較する場合に見られる時間的変化は、スペックルによって生じ、このスペックルは、所定の距離にありある特定の速度を有するオブジェクトに特有の速度で変化する傾向があり、その結果、時間間隔の所定の範囲内で相関ピークを生じる。時間依存性の変化の他の原因は、所定期間において風になびく、葉っぱのような薄い層からの干渉縞である。その他の相関は、外部フレーム相関器630によって実行され、用語“3Dカメラ”によって要約され、もし送信器がこれを達成するなら、異なるサブミリ波バンド、IF範囲の異なる部分、異なる照射深度または照射方向、および、異なる焦点位置、を用いて、フレーム間の相関を含むことができる。一旦全てのピクセルが処理されると、その後、アダプティブフィルタ650によって別のフォールスカラー映像を形成し、スペクトルにおける共通で特徴的な変化を有する映像のエリアをこれらのファクターの全てと共に示す。   3. A temporal correlation is provided by the frame correlator 625, which looks for temporal repetitions or patterns as the spectrum of a given pixel changes over time. Thereafter, once all the pixels have been processed, adaptive filter 645 forms another false color image to indicate the image area having a common and characteristic temporal change in spectrum. This is summarized as a “memory” -like function that results in a typical duration found as pixel correlation time at each pixel. This filter provides speckle intensity and periodicity and is usually evaluated using spectral and pseudospectral methods. The pseudo-spectral content of the pixel therefore results in leaf flutter and minute movement signals. Such an operation requires a correlation between the previous frame and the actual one that yields the nickname “memory” for this unit. The temporal change seen when comparing various frames over time is caused by speckle, which tends to change at a speed specific to an object at a given distance and at a certain speed. As a result, a correlation peak is generated within a predetermined range of the time interval. Another cause of the time-dependent change is interference fringes from a thin layer such as a leaf that flutters in the wind in a given period. Other correlations are performed by the outer frame correlator 630 and summarized by the term “3D camera”, if the transmitter achieves this, different submillimeter bands, different parts of the IF range, different illumination depths or directions. And different focal positions can be used to include correlation between frames. Once all the pixels have been processed, another false color image is then formed by the adaptive filter 650, showing an area of the image with a common characteristic change in spectrum along with all of these factors.

図13において、映像プロセッサのこの可能な実装の部分Bを示す。この図は、種々のフォールスカラー2D映像を使用する種々の方法を示している。等高線抽出部665には、多くのフォールスカラー映像が、重み関数部660を経由して供給される。重み付けされたフォールスカラー映像は、オーバーレイされまたは結合され、且つ、閾値またはその他のフィルタリングが強化された2D映像を出力するために適用され、あるいは映像に加えるためにメタデータを単に提供する。例えば、等高線抽出のために、最も大きな重みを“網膜”映像に与えることができ、ある程度の重みをドップラー映像に与え、メモリおよび3−D映像に殆ど重みを与えないようにすることができる。等高線抽出によって適用される処理は、コンテンツ特徴ライブラリからの入力に依存するようにすることができ、このライブラリは、例えば、ギャップを充填し、形状を識別することを可能とするテンプレートとして、既知の形状を提供することができる。   In FIG. 13, part B of this possible implementation of the video processor is shown. This figure shows various methods using various false color 2D images. Many false color images are supplied to the contour line extraction unit 665 via the weight function unit 660. The weighted false color video is overlaid or combined and applied to output a 2D video with enhanced threshold or other filtering, or simply provides metadata to add to the video. For example, for contour extraction, the largest weight can be given to the “retinal” video, some weight can be given to the Doppler video, and almost no weight is given to the memory and 3-D video. The process applied by contour extraction can be made dependent on input from a content feature library, which is known as a template that allows filling gaps and identifying shapes, for example. A shape can be provided.

領域抽出部分670は類似の方法で動作することができるが、しかし、例えば車両のようなオブジェクトを識別するために、トップラー映像からの大きな重みを有することが可能で、且つ、例えば表面変化および形状を識別するために、コンテンツ特徴ライブラリからの情報を使用することができる。環境パラメータ抽出部675は、例えば、雨を識別し、その他の映像においてそれを相殺し、あるいは道路表面上の氷を識別するために適切な重みを有している。   The region extraction portion 670 can operate in a similar manner, but can have a large weight from the topler image, eg, to identify an object such as a vehicle, and for example surface changes and Information from the content feature library can be used to identify the shape. The environmental parameter extraction unit 675 has an appropriate weight for identifying, for example, rain, canceling it in other images, or identifying ice on the road surface.

さらに、距離抽出部680が示されており、これは、確認できるオブジェクトのサイズのような距離を決定する種々の方法、焦点が最もシャープである場所を決定するために、受信ビームの異なる焦点位置における応答を比較する種々の方法、送信器に適用され且つ受信信号中で検出可能なノイズ変調との相関によって、飛行時間を測定することにより、測距する種々の方法、からの情報を結合することができる。ノイズ変調は、異なるサブミリ波バンド間でジャンプして、ランダム化することができる。これは、例えば、交通渋滞中の異なる車両上の類似のレーダー間での干渉を避けるために、有用である。   In addition, a distance extractor 680 is shown, which is a different method of determining distances such as the size of the object that can be identified, different focal positions of the received beam to determine where the focus is sharpest. Combines information from different methods of ranging, by measuring the time of flight by means of correlation with noise modulation applied to the transmitter and detectable in the received signal, comparing the responses in be able to. The noise modulation can be randomized by jumping between different submillimeter wave bands. This is useful, for example, to avoid interference between similar radars on different vehicles in traffic jams.

一方、IFチャンネルの周波数コンテンツは、他の低周波数源(例えば、超音波)をターゲットに適用することにより、幾つかの実施例において、意図的に操作することが可能であり、その結果として、IFチャンネル中での周波数シフトとして可視となる、RF信号上でのサイドバンドが生成される。このような実施例は、例えば、隠れたクラックを検出するために、構造振動の分析を提供する。コヒーレントな復調の使用は、より良い深度分解能を提供し、ホログラフィックなデータを実質的に提供する。これは、全てのRF変調の再構成を可能とする。   On the other hand, the frequency content of the IF channel can be deliberately manipulated in some embodiments by applying other low frequency sources (eg, ultrasound) to the target, and as a result, A sideband on the RF signal that is visible as a frequency shift in the IF channel is generated. Such an embodiment provides an analysis of structural vibrations, for example, to detect hidden cracks. The use of coherent demodulation provides better depth resolution and substantially provides holographic data. This allows the reconstruction of all RF modulations.

これらの相関関係を使用することによって、フォールスカラーを単に加えるよりもさらに多くの情報を生成することができる。例えば、変化の早いアイテム(葉っぱ、低木)はカラー映像中に“白色ノイズ”を生じ、オブジェクトの1エリア上で繰り返され安定な位相関係を有するその他のオブジェクトは、その位相安定性を示すカラー飽和を有する、安定し、変化しないカラーを持つ。   By using these correlations, more information can be generated than simply adding false collars. For example, fast-changing items (leaves, shrubs) produce “white noise” in the color image, and other objects with a stable phase relationship that are repeated over one area of the object are color saturation that indicates their phase stability. Has a stable and unchanging color.

相関時間内(この時間において、オブジェクトは変化するための時間を有しない)に取得された部分映像をフォールスカラーペアリングすることによって、且つ、より大きな相関時間において取得された部分映像をペアリングすることによって、映像化された特定のオブジェクトに特有である“持続性”または“相関時間”パラメータが抽出される。   Pair false images that have been acquired within the correlation time (at which time the object has no time to change) by false color pairing, and pair the acquired partial images at a larger correlation time. This extracts “persistence” or “correlation time” parameters that are specific to the particular object being imaged.

自動車レーダー応用に対して、コンピュータベースのパターン抽出に適しており、且つ、観察者に対して最適化する必要ない、映像を提供することが有用である。従って、“フォールスカラー”(これは可能性を提示するために使用されてきた)と言う概念は、3原色に限定されることはなく、同じ時間において且つあるタイムオフセットで取得された一連の(潜在的に>10)異なる部分映像を相互に関連付けるものである。   For automotive radar applications, it is useful to provide images that are suitable for computer-based pattern extraction and that do not need to be optimized for the observer. Thus, the concept of “false color” (which has been used to present possibilities) is not limited to the three primary colors, but is a series of ( Potentially> 10) to correlate different partial videos.

図14:オフラインIF処理および映像処理を使用する代替的実施例
この図は、図4にあるものと類似の部分を示し、上記の対応する記載を参照する。この場合、IFおよび映像処理部分は、データ獲得部700によって置き換えられており、データ獲得部700はデータ格納部710にデータを供給する。オフライン映像処理部755は、図4のIF処理および映像処理部の機能と類似の機能を実行する。
FIG. 14: Alternative Embodiment Using Offline IF Processing and Video Processing This figure shows parts similar to those in FIG. 4 and refers to the corresponding description above. In this case, the IF and video processing part is replaced by the data acquisition unit 700, and the data acquisition unit 700 supplies data to the data storage unit 710. The offline video processing unit 755 executes functions similar to the functions of the IF processing and video processing unit in FIG.

図15および16:レーダーシステムの実施例のためのビーム成形および走査部
図15は、送信器のための機械的ビーム走査部を示す。これは、電気的ビーム走査によって置き換えることができる。第1の軸外パラボラミラー800に続く送信ビーム経路上に、x編位(球面座標では、ファイ偏位としても知られている)を提供するための回転平面ミラー810が設けられている。これに続いて、y偏位(球面座標では、シータ偏位としても知られる)を与えるための波動円筒ミラー820があり、その次に、楕円ビームを提供するための固定2次パラボラミラー830がある。タイミング制御部840は、移動部分を制御するために設けられている。焦点制御が第1のミラーによって提供されている。複数のビームが提供されている場合、それらは、1個の可変ビームの効果を有するように、位相リンクさせることができる。典型的なビーム径は約10cmである。
FIGS. 15 and 16: Beam shaping and scanning for an embodiment of a radar system FIG. 15 shows a mechanical beam scanning for a transmitter. This can be replaced by electrical beam scanning. A rotating plane mirror 810 is provided on the transmit beam path following the first off-axis parabolic mirror 800 to provide an x-arrangement (also known as phi deflection in spherical coordinates). This is followed by a wave cylindrical mirror 820 for providing y-deflection (also known as theta-deflection in spherical coordinates), followed by a fixed secondary parabolic mirror 830 for providing an elliptical beam. is there. The timing control unit 840 is provided to control the moving part. Focus control is provided by the first mirror. If multiple beams are provided, they can be phase linked to have the effect of a single variable beam. A typical beam diameter is about 10 cm.

図16は、受信ビーム走査のための類似の部分を示す。ビーム経路上の第1の要素は、固定2次パラボラ890であり、その次に、y偏位を与えるための波動平面ミラー870がある。その次に、x偏位を与えるための回転面ミラー860が続き、その後、焦点制御を提供するために可動の軸外パラボラミラー850が続く。さらに、タイミング制御部900が、3個の移動部分の動きを制御し且つ同期させるために設けられている。   FIG. 16 shows a similar part for receive beam scanning. The first element on the beam path is a fixed secondary parabola 890, followed by a wave plane mirror 870 for providing y deflection. This is followed by a rotating mirror 860 to provide x deflection followed by a movable off-axis parabolic mirror 850 to provide focus control. In addition, a timing controller 900 is provided to control and synchronize the movement of the three moving parts.

図17から23:コンテンツフラターおよびスペックル効果が、受信信号のスペクトル中に検出可能な情報をどのようにして提供するか
図17は、所定のオブジェクトに指向した場合の、所定のピクセルのIF信号の時間的特徴(シグネチャー)の一例を示すグラフである。時間的特徴(シグネチャー)は、IF振幅がレーダー信号の実行時間における変化によって生成された擬似的な周期的方法で変化する、シーケンスを含んでいる。送信器と受信器アンテナ間に定常波があるので、半波長の実行時間における変化は、定常波を、建設的干渉ケースから相殺的干渉ケースに変化させる。レーダーシステムに対して一定の速度を有する全てのオブジェクトは、周期的スペックルを生じる。よりランダムな速度を有するオブジェクトは擬似的な周期的スペックルを生じ、この場合、擬似的な周期的シーケンスの時間的な長さは、速度の変化割合に依存している。シグネチャーの第1の部分はより遅い速度のオブジェクトの効果を示し、第2の部分はより早い速度のオブジェクトの効果を示す。
Figures 17 to 23: How content flutter and speckle effects provide detectable information in the spectrum of the received signal . Figure 17 shows the IF of a given pixel when directed to a given object. It is a graph which shows an example of the time characteristic (signature) of a signal. Temporal features (signatures) include sequences where the IF amplitude changes in a pseudo periodic manner generated by changes in the run time of the radar signal. Since there is a standing wave between the transmitter and receiver antennas, a change in half-wave run time changes the standing wave from a constructive interference case to a destructive interference case. All objects that have a constant velocity with respect to the radar system will cause periodic speckle. An object with a more random velocity produces a pseudo-periodic speckle, where the temporal length of the pseudo-periodic sequence depends on the rate of rate change. The first part of the signature shows the effect of the slower speed object and the second part shows the effect of the faster speed object.

図18は、オブジェクト分類に使用される周波数のウインドウを示す選択されたタイプのターゲットを指向する場合の、所定ピクセルの周波数コンテンツIF信号のグラフを示す。ウインドウ1はバックグラウンド除去のために使用され、ウインドウ2は興味あるターゲットの識別のために使用され、ウインドウ3は植物除去目的に役立つ。   FIG. 18 shows a graph of the frequency content IF signal for a given pixel when directed to a selected type of target showing a window of frequencies used for object classification. Window 1 is used for background removal, window 2 is used for identification of the target of interest, and window 3 serves for plant removal purposes.

太い実線のカーブは、素早く移動するターゲット(例えば、植物)に対して得られたIFの周波数コンテンツを示す。太い点線のカーブは、ゆっくり移動するターゲット(例えば、歩行者)に対して得られたIFの周波数コンテンツを示す。これは、図19に示す時間信号のスペクトルを表している。薄い点線のカーブは、固定されたバックグラウンドから戻ってくる信号に対して得られたIFの周波数コンテンツを表す。これは、図20に示す時間信号の周波数スペクトルを表している。   The thick solid curve shows the frequency content of the IF obtained for a rapidly moving target (eg, a plant). A thick dotted curve shows the frequency content of the IF obtained for a slowly moving target (eg, a pedestrian). This represents the spectrum of the time signal shown in FIG. The thin dotted curve represents the IF frequency content obtained for a signal returning from a fixed background. This represents the frequency spectrum of the time signal shown in FIG.

表1は、図18に示されたウインドウ上で取得されたFFTの絶対値の平均値の表を示す。カッコ内の値は、ウインドウ1中のコンテンツに関する。

Figure 0006073680
Table 1 shows a table of average values of absolute values of FFT acquired on the window shown in FIG. The value in parentheses relates to the content in window 1.
Figure 0006073680

以下にこの表について説明する。
高速で移動するオブジェクトは勿論、ウインドウ3において最も大きな貢献を有している。バックグラウンドには何もなく、低速で移動するオブジェクトはそこでかなり小さい。相対値を考慮に入れると、ウインドウ2と3は類似の挙動を示す。植物に対して、且つ歩行者に対して、ウインドウ1および2は同様に挙動する。バックグラウンドに関しては、ウインドウ2および3で多くを見ることができない。
This table will be described below.
Of course, the object that moves at high speed has the largest contribution in the window 3. There is nothing in the background, and objects that move slowly are quite small there. If relative values are taken into account, windows 2 and 3 show similar behavior. For plants and for pedestrians, windows 1 and 2 behave similarly. As for the background, you can't see much in windows 2 and 3.

図21は、フレーム内の全てのピクセルに対する未加工の振幅データのプロットを示し、これは、図22および23に示す処理映像との対比のためのものである。これは、図22および23に示すような処理映像を得るために、全てのピクセルに対してプロットされ得るそれぞれのピクセルに対して、周波数ウインドウ内で獲得された値の平均値である。図22は、ウインドウ3に対応する処理された映像を示し、この映像は、図18に関して上記で説明したように、高速で移動する植物を強調している。図23は、ウインドウ2と3間の相違に対応する処理された映像を示しており、この映像は歩行者を強調し、且つ、高速で移動する植物と静的なバックグラウンドを最小化している。これは、図18に示すように、歩行者がウインドウ2および3間で最も大きな差を有するためである。   FIG. 21 shows a plot of the raw amplitude data for all pixels in the frame, for comparison with the processed video shown in FIGS. This is the average of the values obtained in the frequency window for each pixel that can be plotted against all pixels to obtain a processed image as shown in FIGS. FIG. 22 shows a processed video corresponding to window 3, which highlights a fast moving plant as described above with respect to FIG. FIG. 23 shows a processed image corresponding to the difference between windows 2 and 3, which emphasizes pedestrians and minimizes fast moving plants and static background. . This is because the pedestrian has the largest difference between windows 2 and 3 as shown in FIG.

図22は、図21と同じシナリオの最も高速の周波数ウインドウ(#3)における振幅を表現している。図23は、適切な定数によって重み付けされた低速(#2)と高速の周波数ウインドウ(#3)との間の差を示している。全てのプロットは、プロットの最大値および最小値間で正規化された、等高線プロットである。等高線の一つの横断は、値のスパンの1%の変化に対応する。   FIG. 22 represents the amplitude in the fastest frequency window (# 3) in the same scenario as in FIG. FIG. 23 shows the difference between the slow (# 2) and fast frequency window (# 3) weighted by appropriate constants. All plots are contour plots normalized between the maximum and minimum values of the plot. One crossing of the contour line corresponds to a 1% change in the value span.

特徴を区別するために、その他の処理映像を得ることができる。例えば、強調された“低速”成分の映像を、因子3またはその他の因子だけ、強度に掛け合わせることによって得ることができる。   Other processed images can be obtained to distinguish features. For example, an enhanced “slow” component image can be obtained by multiplying the intensity by factor 3 or other factors.

図24および25:RFにおいてファブリペロー効果を生じる誘電体薄膜層
図24および25は、誘電体薄膜層の存在がレーダー信号のRF周波数依存性にどのように影響するかを示している。これらの図は、金属の、RFにおけるファブリペロー効果を示すための、振幅対RF周波数のプロットを示している。これらの図において、実線は反射パワーの実数部を示している。点線は、反射パワーの虚数部分を示している。
FIGS. 24 and 25: Dielectric thin film layer causing Fabry-Perot effect in RF FIGS. 24 and 25 show how the presence of a dielectric thin film layer affects the RF frequency dependence of the radar signal. These figures show a plot of amplitude versus RF frequency to show the Fabry-Perot effect in metal at RF. In these figures, the solid line indicates the real part of the reflected power. The dotted line indicates the imaginary part of the reflected power.

図24は、コーティングされていない金属表面からのグレージング反射(ほぼ表面に平行な、低い入射角における)を示している。図25は、2mm厚さのプラスティック層でコーティングされ、その結果、その層を通過するビーム経路長が約60mmである、同様の金属表面からのグレージング反射を示している。グラフの比較から、図25における応答は、主に、左手側での大きく且つ周期的な変動において、相違していることが分かる。この変動は、周波数によって変化する、建設的および相殺的干渉に対応する。従って、これを、オブジェクトが所定の厚さの表面層を有しているか、またはその厚さか既知であるか、入射角度に関する情報を引き出せるか、を見分けるために使用することができる。周期的変動が出現する周波数範囲は、2次効果のせいで変化することがあるが、しかし、周期的変動の存在は表面層に典型的である。   FIG. 24 shows glazing reflection from an uncoated metal surface (at a low incidence angle, approximately parallel to the surface). FIG. 25 shows a glazing reflection from a similar metal surface that is coated with a 2 mm thick plastic layer so that the beam path length through the layer is about 60 mm. From the comparison of the graphs, it can be seen that the responses in FIG. 25 differ mainly in the large and periodic fluctuations on the left hand side. This variation corresponds to constructive and destructive interference that varies with frequency. This can therefore be used to determine whether an object has a surface layer of a predetermined thickness or whether the thickness is known or whether information about the angle of incidence can be derived. The frequency range in which periodic variations appear can change due to second order effects, but the presence of periodic variations is typical of the surface layer.

本発明の信号処理装置は、ハードウエア、コンピュータソフトウエア、またはこれらの組合せとして実現可能である。この信号処理装置は、汎用プロセッサ、埋め込みプロセッサ、特定用途向け集積回路(ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)またはその他のプログラム可能な論理デバイス、ディスクリートゲートまたはトランジスタロジック、ディスクリートハードウエア部品、または、ここで記載される機能を達成するように設計された全ての組合せ、を含むことができる。信号処理装置は、さらに、計算デバイスの組合せ、例えば、FPGAとマイクロプロセッサの組合せ、複数のマイクロプロセッサ、FPGAと連結する1個またはそれ以上のマイクロプロセッサ、またはその他のこのような構成、を含むことができる。   The signal processing apparatus of the present invention can be realized as hardware, computer software, or a combination thereof. The signal processor may be a general purpose processor, embedded processor, application specific integrated circuit (ASIC), field programmable gate array (FPGA) or other programmable logic device, discrete gate or transistor logic, discrete hardware component, or All combinations designed to achieve the functions described herein can be included. The signal processing apparatus further includes a combination of computing devices, for example, a combination of an FPGA and a microprocessor, a plurality of microprocessors, one or more microprocessors coupled to the FPGA, or other such configurations. Can do.

本発明はさらに、計算デバイス上で実行する場合に、本発明に係る全ての方法の機能を提供する、コンピュータプログラム製品を含む。処理エンジン上で実行された場合に、本発明に係るソフトウエアは、サブミリ波長のアクティブレーダーシステムを使用する方法を提供する、コードセグメントを含むことができる。この方法は、送信器を用いて視野を放射するために使用され、ソフトウエアは視野からの信号の受信し、さらに、ダウンコンバート信号が視野内のコンテンツに依存する位相および振幅情報を有する周期的成分を有するように、送信器に位相ロックされた復調器を用いて、受信した信号をコヒーレントにダウンコンバートすることを可能とするように適応されている。ソフトウエアは、実行された場合、信号中の位相および振幅情報からコンテンツに関する情報を識別するために、ダウンコンバート信号をさらに処理するように適応されている。   The present invention further includes a computer program product that provides the functionality of all methods according to the present invention when executed on a computing device. When executed on a processing engine, the software according to the present invention may include a code segment that provides a method of using a sub-millimeter wavelength active radar system. This method is used to radiate the field of view with a transmitter, the software receives the signal from the field of view, and the downconverted signal is periodic with phase and amplitude information that depends on the content in the field of view. It is adapted to allow the received signal to be down-converted coherently using a phase-locked demodulator to have a component. The software, when executed, is adapted to further process the downconverted signal to identify information about the content from the phase and amplitude information in the signal.

この信号は、レーダーシステムの視野内のコンテンツに依存する位相および振幅情報を有する周期的成分を有することが可能で、ソフトウエアはレーダーシステムの送信器に位相ロックされたローカル発振器信号を用いてその信号をダウンコンバートし、さらに、その信号中の位相および振幅情報からコンテンツに関する情報を識別するように適応されている。   This signal can have a periodic component with phase and amplitude information that depends on the content in the radar system's field of view, and the software uses a local oscillator signal that is phase locked to the transmitter of the radar system. It is adapted to downconvert the signal and further identify information about the content from the phase and amplitude information in the signal.

ソフトウエアは、1個またはそれ以上の演算子を受信信号に適用して、受信信号のスペクトルの空間的または時間的特徴を抽出することによって、情報を識別するように適応されていても良い。   The software may be adapted to identify information by applying one or more operators to the received signal to extract the spatial or temporal characteristics of the spectrum of the received signal.

その他の変形も、本発明の特許請求の範囲内で想定可能である。   Other variations are possible within the scope of the claims of the present invention.

Claims (12)

視野を有するサブミリ波アクティブレーダーシステムのための信号処理装置において、
前記信号処理装置は、前記視野から受信し且つ前記レーダーシステムによってダウンコンバートされた信号を処理するように構成され、
所定のピクセルに対応する前記ダウンコンバート信号は、時間的に変動する振幅成分と時間的に変動する位相成分とを有し、前記振幅成分と位相成分は共に前記視野内の前記所定のピクセルにおけるコンテンツに依存する周期的成分を有し、前記ダウンコンバート信号は異なる複数のサブミリ波周波数で受信した別個の信号を含み、さらに、前記信号処理装置は、前記異なるサブミリ波周波数に対応する前記ダウンコンバート信号を別個に分析するように構成されており、さらに、
前記信号処理装置は、前記周期的成分からコンテンツに関する情報を識別するように構成されており、
前記周期的成分から識別された情報は、コンテンツフラター、コンテンツに特有の時間的かつ空間的スペックルパターン、および無線周波数依存周期性を生じるコンテンツ中の薄層における複数の反射からの干渉効果、から選択された少なくとも1個からの効果を含む、信号処理装置。
In a signal processing apparatus for a submillimeter wave active radar system having a field of view,
The signal processing device is configured to process a signal received from the field of view and downconverted by the radar system;
The down-converted signal corresponding to a predetermined pixel, and a time-varying amplitude component and temporally varying phase component, the content in the predetermined pixel of the amplitude and phase components together in the field of view have a periodic component that is dependent on the down-converted signal comprises a separate signal received at a plurality of different sub-millimeter-wave frequencies, and further, the signal processing apparatus, the down-converted signal corresponding to the different sub-millimeter wave frequencies Are configured to be analyzed separately, and
The signal processing device is configured to identify information about the content from the periodic component;
Information identified from the periodic component includes content flutter, temporal and spatial speckle patterns specific to the content, and interference effects from multiple reflections in a thin layer in the content resulting in radio frequency dependent periodicity; A signal processing device comprising effects from at least one selected from.
請求項1に記載の信号処理装置において、前記ダウンコンバート信号はIF信号であり、さらに、前記信号処理装置は前記IFスペクトルの2個またはそれ以上の領域を別個に分析するように構成されている、信号処理装置。   2. The signal processing device according to claim 1, wherein the down-converted signal is an IF signal, and further, the signal processing device is configured to separately analyze two or more regions of the IF spectrum. , Signal processing device. 請求項1又は2に記載の信号処理装置において、識別された情報を用いて前記コンテンツ内のオブジェクトを検出し且つ分類するように構成されている、信号処理装置。 3. The signal processing device according to claim 1, wherein the signal processing device is configured to detect and classify an object in the content using the identified information. 請求項1乃至の何れか1項に記載の信号処理装置において、前記受信信号の一部分を視野内の対応位置に関係付けるための部分を有する、信号処理装置。 The signal processing apparatus according to any one of claims 1 to 3, having a portion for relating a portion of the received signal to a corresponding position in the field of view, the signal processing device. 請求項1乃至の何れか1項に記載の信号処理装置において、前記ダウンコンバート信号の成分の空間的または時間的特徴を抽出するために、前記ダウンコンバート信号の成分に1個またはそれ以上の演算子を適用して前記情報を識別するための部分を有する、信号処理装置。 The signal processing apparatus according to any one of claims 1 to 4, in order to extract the spatial or temporal characteristics of components of the down-converted signal, one or more of the components of the down-converted signal A signal processing apparatus comprising a portion for applying an operator to identify the information. 請求項に記載の信号処理装置において、前記演算子は、サブミリ波バンド、または、放射方向、または受信器の焦点位置、または、偏光に依存性を有する特徴のうちの1個またはそれ以上を抽出するための1個の演算子を備える、信号処理装置。 6. The signal processing apparatus according to claim 5 , wherein the operator has one or more of the following characteristics depending on a submillimeter wave band, a radiation direction, a focal position of a receiver, or polarization. A signal processing apparatus comprising one operator for extraction. 視野を放射するための送信器と、前記視野からの信号を受信する受信器と、さらに、復調器とを有するサブミリ波レーダーシステムにおいて、前記復調器は前記送信器に位相ロックされており、さらに前記システムは、請求項1乃至の何れか1項に記載の信号処理装置を有する、サブミリ波レーダーシステム。 In a submillimeter wave radar system having a transmitter for emitting a field of view, a receiver for receiving a signal from the field of view, and a demodulator, the demodulator is phase locked to the transmitter; The said system is a submillimeter wave radar system which has the signal processing apparatus of any one of Claims 1 thru | or 5 . 請求項に記載のレーダーシステムと識別された情報を使用するための出力システムとを有する車両。 A vehicle having a radar system according to claim 6 and an output system for using the identified information. サブミリ波アクティブレーダーシステムを使用する方法において、前記方法は、
送信器を用いて視野を放射し、
前記視野から信号を受信し、
前記視野の所定のピクセルに対応するダウンコンバート信号が、時間的に変動する振幅成分と、時間的に変動する位相成分とを有し、前記振幅成分と位相成分は共に前記視野内の前記所定のピクセルにおけるコンテンツに依存する周期的成分を有し、且つ、前記ダウンコンバート信号が異なる複数のサブミリ波周波数で受信した別個の信号を含むように、前記送信器に位相ロックされた復調器を用いて、前記信号をコヒーレントにダウンコンバートし
前記異なるサブミリ波周波数に対応する前記ダウンコンバート信号を別個に分析し、さらに
前記周期的成分から前記コンテンツに関する情報を識別するために、前記ダウンコンバート信号を処理する、各ステップを有し、
前記周期的成分から識別された情報は、コンテンツフラター、コンテンツに特有の時間的かつ空間的スペックルパターン、およびコンテンツ中の薄層における複数の反射からの干渉効果であって無線周波数依存の周期性を生じる干渉効果、から選択される少なくとも1個からの効果を含む、方法。
In a method using a submillimeter wave active radar system, the method comprises:
Radiate the field of view with a transmitter,
Receiving a signal from the field of view;
Downconverted signal corresponding to a predetermined pixel of said field of view, and the amplitude component time-varying, and a phase component which varies with time, the amplitude and phase components is predetermined in the field of view both Using a demodulator phase-locked to the transmitter so that the down-converted signal includes separate signals received at different submillimeter frequencies and having a periodic component that depends on the content in the pixel Downconvert the signal coherently ,
Analyzing each of the downconverted signals corresponding to the different submillimeter frequencies separately and further processing the downconverted signal to identify information about the content from the periodic component;
The information identified from the periodic components includes content flutter, content-specific temporal and spatial speckle patterns, and interference effects from multiple reflections in a thin layer in the content, and a frequency-dependent period. A method comprising at least one effect selected from an interference effect that produces sex.
サブミリ波レーダーシステムの受信器からの信号を処理するための方法において、
前記信号は、前記レーダーシステムの視野内のコンテンツに依存し、さらに
前記方法は、
前記視野の所定のピクセルに対応するダウンコンバート信号が、時間的に変動する振幅成分と、時間的に変動する位相成分とを有し、前記振幅成分と位相成分は共に周期的成分を有し、且つ、前記ダウンコンバート信号が異なる複数のサブミリ波周波数で受信した別個の信号を含むように、前記レーダーシステムの送信器に位相ロックされた復調器を用いて、前記信号をダウンコンバートし
前記異なるサブミリ波周波数に対応する前記ダウンコンバート信号を別個に分析し、さらに、
前記周期的成分から前記コンテンツに関する情報を識別する、各ステップを有し、
前記周期的成分から識別された情報は、コンテンツフラター、コンテンツに特有の時間的かつ空間的スペックルパターン、およびコンテンツ中の薄層における複数の反射からの干渉効果であって無線周波数依存の周期性を生じる干渉効果、から選択される少なくとも1個からの効果を含む、方法。
In a method for processing a signal from a receiver of a submillimeter wave radar system,
The signal depends on content in the field of view of the radar system, and the method further comprises:
Downconverted signal corresponding to a predetermined pixel in said field of view having an amplitude varying components temporally, and a phase component which varies with time, the amplitude and phase components together has a periodic component And downconverting the signal using a demodulator phase locked to the radar system transmitter so that the downconverted signal includes separate signals received at different submillimeter frequencies ,
Analyzing the downconverted signals corresponding to the different submillimeter frequencies separately;
Identifying each piece of content information from the periodic component,
The information identified from the periodic components includes content flutter, content-specific temporal and spatial speckle patterns, and interference effects from multiple reflections in a thin layer in the content, and a frequency-dependent period. A method comprising at least one effect selected from an interference effect that produces sex.
請求項10に記載の方法において、さらに、受信信号のスペクトルの空間的または時間的特徴を抽出するために、前記受信信号に1個またはそれ以上の演算子を適用することによって、前記情報を識別するステップを有する、方法。 The method of claim 10 , further comprising identifying the information by applying one or more operators to the received signal to extract a spatial or temporal characteristic of the spectrum of the received signal. A method comprising the steps of: コンピュータによって実行された場合、コンピュータに請求項10又は11に記載のステップを実行させる、記憶されたプログラムを有する、コンピュータ可読媒体。 A computer readable medium having a stored program that, when executed by a computer, causes the computer to perform the steps of claim 10 or 11 .
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